一种基于选择性滤光设计的半透明全无机钙钛矿/有机叠层太阳电池及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种叠层太阳电池，包括依次设置的导电基底、电子传输层、全无机钙钛矿层、中间复合层、有机活性层、空穴传输层和金属电极层。本发明专利技术提供的叠层太阳电池半透明叠层的设计是在提高电池效率的同时实现选择性的滤光设计，可调谐的吸收人眼不可见的紫外以及红外区的光，透射出与人眼视觉具有良好响应的可见光，从而在有效降低成本且提升PCE，同时保持良好的人眼舒适度，提供卓越而稳定的发电、节能和隐私保护性能。本发明专利技术提供的基于选择性滤光设计的叠层太阳电池，具有良好的显色特性，可作为用于遮挡日光、保护隐私的光伏玻璃应用，实现太阳电池在BIPV、幕墙、航空和汽车智能窗等美学应用领域进一步的广泛应用。窗等美学应用领域进一步的广泛应用。窗等美学应用领域进一步的广泛应用。

【技术实现步骤摘要】
一种基于选择性滤光设计的半透明全无机钙钛矿/有机叠层太阳电池及其制备方法


[0001]本专利技术属于无机钙钛矿叠层太阳电池
，涉及一种叠层太阳电池及其制备方法，尤其涉及一种基于选择性滤光设计的半透明全无机钙钛矿/有机叠层太阳电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，有机无机钙钛矿太阳电池(PerSCs)由于其低激子结合能、高吸收系数、低陷阱态密度和长扩散长度等优异的光电特性引起了科研工作者极大的兴趣，且作为最有前途的光伏技术之一，其功率转换效率(PCE)已达到25％以上。其中，以无机Cs
+
替代有机阳离子形成的全无机钙钛矿(CsPbI
x
Br3‑
x
)具有更好的光稳定性，成为近年来兴起的具有重大应用前景的光电材料。然而单结太阳电池的功率转换效率受到肖克利
‑
奎伊瑟(Shockley
‑
Quiesser)极限的限制，构建叠层结构的太阳电池可以提高单结电池的光子吸收并降低热损失，同时还能有效降低成本。目前，基于有机体异质结的太阳电池具有优异的近红外吸收(最低可达1.25eV的带隙)。同时，有机太阳电池(OSCs)由于其与PerSCs的固有正交溶剂特性，质量轻和可制备柔性器件的优势，且有机材料可设计性强，其分子结构及能级易于调节，非常适合与全无机钙钛矿材料结合制备整体全无机钙钛矿/有机叠层器件。
[0003]但是，传统叠层太阳电池致力于实现太阳光全光谱高效吸收利用，大幅度提高电池PCE，在面建筑美学日益强化的今天，一定程度上限制了其在光伏建筑一体化(BIPV)中作为建筑立面、屋顶和玻璃天窗等场景的广泛应用。为此，半透明太阳电池通过采用两端透明电极，在实现光电能量转换的同时，具有遮挡阳光、保护隐私及具有良好人眼舒适度的透射光效果，在建筑幕墙、农业温室等实际应用美学等方面具有极大的前景。但是，当下较多半透明太阳电池的设计，其器件最终展现出的色彩并不具有非常良好的人眼舒适度，且在优化器件可见光透射率(AVT)的同时受到单结太阳电池PCE极限的限制。
[0004]因此，如何找到一种更为适宜的叠层太阳电池，解决上述现有的叠层太阳电池存在的局限性，进一步的拓宽叠层太阳电池的应用深度和宽度，已成为本领域诸多具有前瞻性的研究人员广为关注的焦点之一。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种叠层太阳电池，特别是一种基于选择性滤光设计的半透明全无机钙钛矿/有机叠层太阳电池及其制备方法，本专利技术提供的太阳电池采用全无机CsPbI3‑
x
Br
x
作为前紫外光吸收窗口，聚合物电子供体和近红外及红外吸收较强的IEICO系列非富勒烯受体作为后吸收层，结合PTB7
‑
Th/MoO3/Ag/PFN
‑
Br的低损耗中间层，实现太阳光谱的更有效利用的同时保持良好显色特性，并可以在拓宽吸收光谱提升电池效率的同时吸收紫外光抑制对后电池的光降解，改善叠层太阳电池的光稳定性；该太阳电池可以实现紫外与红外人眼不可见光优异吸收的同时，透过可见光，获得半透
明叠层太阳电池良好的可见光透射率。
[0006]本专利技术提供了一种叠层太阳电池，包括依次设置的导电基底、电子传输层、全无机钙钛矿层、中间复合层、有机活性层、空穴传输层和金属电极层。
[0007]优选的，所述导电基底包括透明导电基底；
[0008]所述电子传输层的材料包括SnO2、TiO2和ZnO一种或多种；
[0009]所述电子传输层的厚度为10～40nm；
[0010]所述全无机钙钛矿层的材料包括CsPbI3‑
x
Br
x
；其中x为1～1.5。
[0011]优选的，所述导电基底为覆盖有ITO膜的导电基底；
[0012]所述全无机钙钛矿层的厚度为100～250nm；
[0013]所述叠层太阳电池包括全无机钙钛矿叠层太阳电池；
[0014]所述全无机钙钛矿叠层太阳电池具体为全无机钙钛矿/有机活性层叠层太阳电池。
[0015]优选的，所述中间复合层包括钙钛矿钝化层、前节空穴传输层、电荷复合中心层和后节电子传输层；
[0016]所述中间复合层的厚度为40～80nm；
[0017]所述有机活性层的材料包括吸收边大于650nm且小于1200nm的有机电子给受体材料组合；
[0018]所述给受体材料组合包括给体材料PTB7
‑
Th/受体材料IEICO
‑
4F、给体材料PTB7
‑
Th/受体材料IEICO
‑
4Cl和给体材料PM6/受体材料Y6中的一种或多种；
[0019]所述有机活性层的厚度为50～100nm。
[0020]优选的，所述钙钛矿钝化层的材料包括PTB7
‑
Th、P3HT和Spiro
‑
OMeTAD中的一种或多种；
[0021]所述前节空穴传输层的材料包括MoO3；
[0022]所述电荷复合中心层的材料包括Au和/或Ag；
[0023]所述后节电子传输层的材料包括PFN
‑
Br、TIPD和PFN
‑
OX中的一种或多种；
[0024]所述叠层太阳电池为半透明叠层太阳电池；
[0025]所述半透明叠层太阳电池为具有选择性滤光功能的半透明叠层太阳电池。
[0026]优选的，所述空穴传输层的材料包括MoO3；
[0027]所述空穴传输层的厚度为6～15nm；
[0028]所述金属电极层的材料包括Ag和/或Au；
[0029]所述金属电极层的厚度为8～20nm。
[0030]本专利技术提供了一种叠层太阳电池的制备方法，包括以下步骤：
[0031]a)在覆盖有ITO膜的透明导电基底的表面依次叠加设置电子传输层、全无机钙钛矿层；
[0032]b)在上述步骤得到的全无机钙钛矿层上制备中间复合层，依次为钙钛矿钝化层、前节空穴传输层、电荷复合中心层和后节电子传输层；
[0033]c)在上述步骤得到的中间复合层上依次制备有机体异质结活性层，空穴传输层和金属电极层，得到叠层太阳电池。
[0034]优选的，所述步骤a)具体包括以下步骤：
[0035]a1)在覆盖有ITO膜的透明基底的表面涂覆含有电子传输材料的溶液，退火，形成电子传输层；
[0036]a2)在所述电子传输层的表面多步旋涂全无机钙钛矿的前驱体溶液，经过阶梯退火后，形成全无机钙钛矿层；
[0037]所述步骤a1)中，所述退火的温度为120～180℃；
[0038]所述步骤a1)中，所述退火的时间为10～60min；
[0039]所述步骤a2)中，所述阶梯退火的温度依次为30～60℃和120～200℃；
[0040]所述步骤a2)中，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种叠层太阳电池，其特征在于，包括依次设置的导电基底、电子传输层、全无机钙钛矿层、中间复合层、有机活性层、空穴传输层和金属电极层。2.根据权利要求1所述的叠层太阳电池，其特征在于，所述导电基底包括透明导电基底；所述电子传输层的材料包括SnO2、TiO2和ZnO一种或多种；所述电子传输层的厚度为10～40nm；所述全无机钙钛矿层的材料包括CsPbI3‑
x
Br
x
；其中x为1～1.5。3.根据权利要求1所述的叠层太阳电池，其特征在于，所述导电基底为覆盖有ITO膜的导电基底；所述全无机钙钛矿层的厚度为100～250nm；所述叠层太阳电池包括全无机钙钛矿叠层太阳电池；所述全无机钙钛矿叠层太阳电池具体为全无机钙钛矿/有机活性层叠层太阳电池。4.根据权利要求3所述的叠层太阳电池，其特征在于，所述中间复合层包括钙钛矿钝化层、前节空穴传输层、电荷复合中心层和后节电子传输层；所述中间复合层的厚度为40～80nm；所述有机活性层的材料包括吸收边大于650nm且小于1200nm的有机电子给受体材料组合；所述给受体材料组合包括给体材料PTB7
‑
Th/受体材料IEICO
‑
4F、给体材料PTB7
‑
Th/受体材料IEICO
‑
4Cl和给体材料PM6/受体材料Y6中的一种或多种；所述有机活性层的厚度为50～100nm。5.根据权利要求4所述的叠层太阳电池，其特征在于，所述钙钛矿钝化层的材料包括PTB7
‑
Th、P3HT和Spiro
‑
OMeTAD中的一种或多种；所述前节空穴传输层的材料包括MoO3；所述电荷复合中心层的材料包括Au和/或Ag；所述后节电子传输层的材料包括PFN
‑
Br、TIPD和PFN
‑
OX中的一种或多种；所述叠层太阳电池为半透明叠层太阳电池；所述半透明叠层太阳电池为具有选择性滤光功能的半透明叠层太阳电池。6.根据权利要求1所述的叠层太阳电池，其特征在于，所述空穴传输层的材料包括MoO3；所述空穴传输层的厚度为6～15nm；所述金属电极层的材料包括Ag和/或Au；所述金属电极层的厚度为8～20nm。7.一种叠层太阳...

【专利技术属性】
技术研发人员：白一鸣，韩飞，田石磊，王福芝，黄庭尧，谭占鳌，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：