2D钙钛矿串接光伏器件制造技术

一种光伏器件，其包括第一电极、第一光活性材料层、一个或多个界面层、包含2D钙钛矿材料的第二光活性材料层以及第二电极，所述2D钙钛矿材料具有式(C')

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】2D钙钛矿串接光伏器件

技术介绍

[0001]使用光伏(PV)从太阳能或辐射产生电能可提供许多益处，包括例如电源、低排放或零排放、独立于电网的发电、耐久的物理结构(无移动零件)、稳定且可靠的系统、模块化结构、相对快速的安装、安全的制造和使用，以及良好的公众舆论和使用接受度。
[0002]PV的部件在阳光照射时可能易于发生卤化物相分离。如果进行防护使其免受导致性能劣化和下降的湿气的影响，PV的功能会更好。
[0003]本公开的特征和优点对于本领域技术人员来说将是易于清楚的。尽管本领域技术人员可以做出许多改变，但这些改变处在本专利技术的精神内。

技术实现思路

[0004]根据一些实施方案，光伏器件包括：第一电极、第一光活性材料层、一个或多个界面层、包含式(C')
a
(C)
b
M
n
X
3n+1
的2D钙钛矿材料的第二光活性材料层和第二电极。C'是巨型(bulky)有机阳离子，C是小的有机或无机阳离子，M是金属，X是卤离子，a和b是实数，且n是整数。
[0005]根据一些实施方案，光伏器件包括第一电极、界面层、第二电极、第一光活性材料层、第二光活性材料层，所述第一光活性材料层选自钙钛矿、硅、CdTe、CIGS、GaAs、InP和Ge，所述第二光活性材料层包含式(C')
a
(C)
b
M
n
X
3n+1
的2D钙钛矿材料。C
’
是巨型有机阳离子，C是小的有机或无机阳离子，M是金属，X是卤离子或拟卤离子，a和b是实数，且n是整数。第一光活性材料位于第一电极和界面层之间。第二光活性材料层位于界面层和第二电极之间。
附图说明
[0006]图1是根据本公开的一些实施方案的2端子串接光伏电池的程式化图。
[0007]图2是根据本公开的一些实施方案的3端子串接光伏电池的程式化图。
[0008]图3是根据本公开的一些实施方案的4端子串接光伏电池的程式化图。
[0009]图4是具有各种厚度的无机卤化物亚晶格的2D卤化物钙钛矿的光致发光光谱的图示。
[0010]图5提供了根据本公开的一些实施方案的钙钛矿材料的无机金属卤化物亚晶格的厚度的程式化图示。
[0011]图6
‑
18提供了形成2D钙钛矿的各种巨型有机分子的结构的图示。
[0012]图19提供了根据本公开的一些实施方案的示例复合层的程式化图。
[0013]图20提供了根据本公开的一些实施方案的2D钙钛矿材料/硅串接光伏电池的程式化图。
[0014]图21是根据本公开的一些实施方案的具有三个光活性层的光伏电池的程式化图。
具体实施方式
[0015]与有机、非有机和/或混合PV相容的PV技术的各个方面的改进有望进一步降低有
机PV和其它PV的成本。例如，一些太阳能电池(如钙钛矿PV太阳能电池)可以利用新型的成本有效且高稳定性的替代组分，如氧化镍界面层。此外，各种太阳能电池可以有利地包括化学添加剂和其它材料，除其它优点之外，这些材料可能比目前存在的常规选择更加成本有效和更耐久。
[0016]本公开总体上涉及用于从太阳辐射产生电能的物质组合物。更具体地，本公开涉及光活性和其它物质组合物。
[0017]根据本公开的一些实施方案的一些或所有材料也可以有利地用于任何有机或其它电子器件，一些示例包括但不限于：蓄电池、场效应晶体管(FET)、发光二极管(LED)、非线性光学器件、忆阻器、电容器、整流器和/或整流天线。
[0018]钙钛矿中的金属卤化物呈现了通用类别的可溶液加工半导体，其具有优异的光电性能。文献中已经证明了金属卤化物在串接太阳能电池中的应用，其中c
‑
Si或三维(3D)钙钛矿作为底部电池，且3D钙钛矿作为顶部电池。迄今为止所报道的含有钙钛矿结构的串接太阳能电池采用与溴化物混合的3D碘化铅，以实现约1.7eV的所需的顶部电池光学带隙。然而，混合卤化物阴离子已显示在本质上是不稳定的，使得在连续辐照时，它们会离解成碘化物相和溴化物相，这会不利地影响顶部电池的采光效率产生。因此，需要改进的解决方案。
[0019]本公开提供了一种串接太阳能电池器件结构，其中由二维(2D)金属卤化物钙钛矿制成的电池以单片方式堆叠在底部电池的顶部，例如由c
‑
Si(2端子或3端子设计)制成，或者以机械方式堆叠在底部电池的顶部(4端子设计)。
[0020]在一些实施方案中，本公开可提供PV和其它类似器件(例如，蓄电池、混合PV电池、多结PV、FET、LED、x射线探测器、γ射线探测器、光电二极管、CCD等)。在一些实施方案中，此类器件可包括改进的活性材料、界面层(IFL)和/或一种或多种钙钛矿材料。钙钛矿材料可以结合到PV或其它器件的一个或多个方面的各个方面。根据一些实施方案的2D钙钛矿材料可以具有通式(C')
a
(C)
b
M
n
X
3n+1
，其中C'是巨型有机阳离子，C是小的有机或无机阳离子，M是二价金属，X是卤离子或拟卤离子，a和b是实数，且n是整数。在其它实施方案中，M可以是单价金属和三价金属的组合，并且可以书写为M'M”的形式，其中M'是单价金属，且M”是三价金属。在此类实施方案中，单价金属与三价金属的比率可以在1:99至50:50的范围内，并且在特定实施方案中，可以是1:99、25:75；或50:50。
[0021]如图5所示，n值表示无机金属卤化物亚晶格的厚度，该亚晶格包含Pb、I、N、C和H中的至少一种。各种巨型有机分子(C')的结构如图6
‑
18所示。
[0022]通常，串接光伏电池，“串接PV”，包括两个光活性层。一个光活性层通常是带隙比构成另一光活性层的材料更宽的材料。较宽的带隙光活性材料(例如本公开的2D钙钛矿)位于最靠近PV电池的面向太阳的一侧，并且比较窄带隙的光活性材料更有效地收集短波长辐射。较窄的带隙材料，例如硅、CdTe或非2D钙钛矿，更有效地吸收未被较宽带隙光活性材料吸收的较长波长的光。本公开确定了C'、C、M、X和n值的可能选择，以便在一些实施方案中对于顶部电池实现1.70
‑
1.90eV的光学带隙，以及改善例如Si/钙钛矿串接太阳能电池的长期稳定性。在诸如CdTe/钙钛矿、CIGS/钙钛矿、GaAs/钙钛矿、InP/钙钛矿、Ge/钙钛矿、钙钛矿/钙钛矿、PbS/钙钛矿等情形中，可针对底部电池的特性调节带隙。在某些实施方案中，n是介于1和10之间的值，并且在特定实施方案中是介于3和4之间的值，X是碘离子，M是铅，C是铯、甲基铵(MA)或甲脒鎓(FA)，并且C
’
是下列之一：苄基铵、苯乙基铵、正丁基铵、亚氨基甲烷二
铵和4
‑
(氨基甲基)哌啶的阳离子。
[0023]二维碘化铅钙钛矿化合物，如本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种光伏器件，包括：第一电极；第一光活性材料层；一个或多个界面层；第二光活性材料层，其包含具有式(C')
a
(C)
b
M
n
X
3n+1
的2D钙钛矿材料，其中C'是巨型有机阳离子，C是小的有机或无机阳离子，M是金属，X是卤离子，a和b为实数，且n为整数；和第二电极。2.根据权利要求1所述的光伏器件，其中：第一光活性材料层位于第一电极与界面层之间；界面层位于第一光活性材料层与第二光活性材料层之间；和第二光活性材料层位于界面层与第二电极之间。3.根据权利要求1所述的光伏器件，其中所述第一光活性材料选自：FAPbI3、FASnI3、MASnI3、CsSnI3、多晶硅、单晶硅、非晶硅、碲化镉、硫化镉、硒化镉、硒化铜铟镓、硒化铜铟、硫化铜锌锡、砷化镓、锗、磷化锗铟、磷化铟、硫化铅、半导体聚合物、聚噻吩类、聚(3
‑
己基噻吩)(P3HT)、聚十七烷基咔唑，二噻吩基苯并噻二唑、PCDTBT、聚环戊二噻吩
‑
苯并噻二唑、PCPDTBT、聚苯并二噻吩基
‑
噻吩并噻吩二基、PTB6、PTB7、PTB7
‑
th、PCE
‑
10)、聚(三芳基胺)化合物、PTAA、聚亚苯基亚乙烯基类、MDMO
‑
PPV、MEH
‑
PPV)及其组合。4.根据权利要求1所述的光伏器件，其中C'是苄基铵，且C是铯、甲基铵或甲脒鎓。5.根据权利要求1所述的光伏器件，其中C'为苯乙基铵，且C是铯、甲基铵或甲脒鎓。6.根据权利要求1所述的光伏器件，其中C'是正丁基铵，且C是铯、甲基铵或甲脒鎓。7.根据权利要求1所述的光伏器件，其中C'是亚氨基甲烷二铵，且C是铯、甲基铵或甲脒鎓。8.根据权利要求1所述的光伏器件，其中C'是4
‑
(氨基甲基)哌啶的阳离子，且C是铯、甲基铵或甲脒鎓。9.根据权利要求1所述的光伏器件，其中所述第一光活性材料层包含厚度小于或等于200微米的材料。10.根据权利要求1所述的光伏器件，其中所述第一光活性材料层包含的材料为图案化的衬底。11.根据权利要求1所述的光伏器件，其中所述第一光活性材料层包含光学带隙为约1.1eV的材料。12.根据权利要求1所述的钙钛矿材料，其中所述钙钛矿材料包含无机金属卤化物亚晶格的重复单元，所述无机金属卤化物亚晶格包含Pb、I、N、C和H。13.根据权利要求12所述的钙钛矿材料，其中光学带隙值随着无机金...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：立方光伏股份有限公司，
类型：发明
国别省市：