一种钙钛矿基太阳电池制造技术

本发明专利技术涉及钙钛矿基太阳电池技术领域，尤其涉及一种钙钛矿基太阳电池。本发明专利技术提供了一种钙钛矿基太阳电池，包括由下到上依次层叠设置的底层基板、空穴传输层、钙钛矿吸收层、电子传输层和金属电极；或包括由下到上依此层叠设置的底层基板、电子传输层、钙钛矿吸收层、空穴传输层和金属电极；所述钙钛矿吸收层和电子传输层之间设置有导电钝化层；所述导电钝化层的导电钝化材料为噻吩烷胺卤化盐类化合物、噻吩烷胺卤化盐类化合物的同分异构体、噻吩甲脒卤化盐类化合物或噻吩甲脒卤化盐类化合物的同分异构体。所述钙钛矿基太阳电池中钝化材料工艺窗口宽，使钙钛矿基太阳电池具有较好的电学性能。性能。性能。

【技术实现步骤摘要】
一种钙钛矿基太阳电池


[0001]本专利技术涉及钙钛矿基太阳电池
，尤其涉及一种钙钛矿基太阳电池。

技术介绍

[0002]多年来，成熟的晶硅太阳电池工业一直占据光伏市场的主导地位，目前晶硅电池效率已达26.7％，接近理论极限，进一步的效率提升变得困难。叠层电池可以更充分有效地利用太阳光谱，有望突破单结电池的效率限制。新兴的钙钛矿基太阳电池自出现以来就医突飞猛进的速度发展，短短十几年间效率已由3.9％提升到25.7％。钙钛矿材料有量子产率高，电荷载流子迁移率高、扩散距离长，吸收边陡峭、带隙可调、缺陷容忍度高以及成本低等优势，使其可以作为与晶硅电池组合制备叠层电池的理想顶电池材料。近几年，钙钛矿/硅两段叠层太阳电池已逐渐取得研究人员的关注。工业化成熟的晶硅电池为P
‑
I
‑
N型的微米级金字塔的双绒硅电池，但单结高效钙钛矿电池几乎均使用溶液法制备，考虑到工艺兼容性，叠层相关研究几乎都集中在使用正面抛光或者将金字塔尺寸减小从而制备厚的钙钛矿薄膜将金字塔填平。这不仅大大提高了成本，而且使得商业化双绒硅原有的陷光优势也有所降低。模拟计算表明，将钙钛矿直接保形沉积在绒面硅衬底上可以比将绒面硅金字塔纹理填平的叠层电池获得更高的短路电流。2018年，瑞士洛桑联邦理工大学的Ballif团队(Nat.Mater.2018,17,820)使用蒸发加溶液组合技术在双绒硅衬底上制备保形钙钛矿电池，得到25.2％的认证效率。尽管此种类型叠层电池具有电流优势，但开路电压和填充因子仍不够理想，因为在绒度衬底上生长高质量钙钛矿较为困难，钙钛矿更容易存在各种缺陷。目前叠层电池中钙钛矿与电子传输层之间普遍使用热蒸发的氟化锂薄层作为钝化层，它的钝化效果非常有限，仅能将开压提升约30mV。虽然在单结钙钛矿电池中有很多有效的溶液法制备的钝化材料，但在绒面叠层的情形中，尤其在微米级尺寸的金字塔上使用时，会不可避免地发生滑落和谷底堆积，它们的绝缘特性使得钝化窗口很窄，且对填充因子有较大损害。如果将电池面积增大，这种不良影响会进一步加剧。
[0003]综上所述，可归纳出现有P
‑
I
‑
N型钙钛矿基叠层太阳电池的不足：1)钙钛矿与电子传输层界面目前为止没有特别合适的钝化材料能使开路电压和填充因子同步且大幅度提高。2)现有钝化材料工艺窗口过窄，使得商业化大面积的钙钛矿基太阳电池效率的提升受到阻碍。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种钙钛矿基太阳电池，所述钙钛矿基太阳电池中钝化材料工艺窗口宽，使钙钛矿基太阳电池具有较好的电学性能。
[0005]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0006]本专利技术提供了一种钙钛矿基太阳电池，包括由下到上依次层叠设置的底层基板、空穴传输层、钙钛矿吸收层、电子传输层和金属电极；或包括由下到上依次层叠设置的底层基板、电子传输层、钙钛矿吸收层、空穴传输层和金属电极；所述钙钛矿吸收层和电子传输
层之间设置有导电钝化层；
[0007]所述导电钝化层的导电钝化材料为噻吩烷胺卤化盐类化合物、噻吩烷胺卤化盐类化合物的同分异构体、噻吩甲脒卤化盐类化合物或噻吩甲脒卤化盐类化合物的同分异构体。
[0008]优选的，所述噻吩烷胺卤化盐类化合物包括噻吩烷胺卤化盐或噻吩烷胺卤化盐的导电衍生物；
[0009]所述噻吩烷胺卤化盐包括噻吩甲胺卤化盐、噻吩乙胺卤化盐、噻吩丙胺卤化盐、噻吩丁胺卤化盐、噻吩戊胺卤化盐、噻吩己胺卤化盐、噻吩庚胺卤化盐、噻吩辛胺卤化盐、噻吩壬胺卤化盐或噻吩癸胺卤化盐；
[0010]所述噻吩烷胺卤化盐的导电衍生物包括噻吩烷胺氟化盐、噻吩烷胺氯化盐、噻吩烷胺溴化盐或噻吩烷胺碘化盐；
[0011]所述噻吩甲脒卤化盐类化合物包括噻吩甲脒卤化盐或噻吩甲脒卤化盐的导电衍生物；
[0012]所述噻吩甲脒卤化盐的导电衍生物包括噻吩甲脒氟化盐、噻吩甲脒氯化盐、噻吩甲脒溴化盐或噻吩甲脒碘化盐。
[0013]优选的，所述导电钝化层的制备方法，包括以下步骤：
[0014]将所述导电钝化材料和异丙醇混合，得到导电钝化溶液；
[0015]将所述导电钝化溶液涂覆或沉积在所述钙钛矿吸收层表面，得到所述导电钝化层。
[0016]优选的，所述导电钝化溶液的浓度为0.5～5mg/mL。
[0017]优选的，所述涂覆的方式为旋涂、刮涂或狭缝涂布；
[0018]所述沉积的方式为热蒸发、化学气相沉积或物理气相沉积。
[0019]优选的，所述底层基板包括透明导电玻璃、柔性衬底、硅底电池、钙钛矿底电池或
Ⅲ‑Ⅴ
族底电池。
[0020]优选的，当所述底层基板为硅底电池、钙钛矿底电池或
Ⅲ‑Ⅴ
族底电池时，所述底层基板与所述空穴传输层之间还设置有隧穿结，在所述电子传输层和金属电极之间还依次层叠设置有缓冲层和透明电极层；
[0021]所述隧穿结包括重掺杂的n型纳米晶硅和重掺杂的p型纳米晶硅组合层、n型纳米硅氧化物和p型纳米硅氧化物组合层、ITO或超薄金属；
[0022]所述重掺杂的n型纳米晶硅的n型掺杂浓度为5
×
10
18
～5
×
10
20
cm
‑3；所述重掺杂的p型纳米晶硅的p型掺杂浓度为3
×
10
18
～8
×
10
19
cm
‑3；
[0023]所述超薄金属的厚度为0.2～5nm。
[0024]优选的，所述空穴传输层的材料为PTAA、Spiro
‑
TTB、镍氧化物、钼氧化物和自限式单分子层中的一种或几种；
[0025]所述自限式单分子层的材料包括[2
‑
(3,6
‑
二甲氧基
‑
9H
‑
咔唑
‑9‑
基)乙基]膦酸、[4
‑
(3,6
‑
二甲基
‑
9H
‑
咔唑
‑9‑
基)丁基]磷酸和[2
‑
(9H
‑
咔唑
‑9‑
基)乙基]膦酸中的一种或几种；
[0026]所述电子传输层的材料为SnO2、TiO2、ZnO、C
60
和富勒烯衍生物中的一种或多种。
[0027]优选的，所述钙钛矿吸收层的厚度为300～1000nm。
[0028]优选的，所述缓冲层的材料包括SnO2、ZnO、LiF、PEIE和BCP中的一种或多种；
[0029]所述透明电极层为透明导电氧化物薄膜；
[0030]所述金属电极的材料包括银、铜、铝或碳。
[0031]本专利技术提供了一种钙钛矿基太阳电池，包括由下到上依次层叠设置的底层基板、空穴传输层、钙钛矿吸收层、电子传输层和金属电极；或本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钙钛矿基太阳电池，包括由下到上依次层叠设置的底层基板、空穴传输层、钙钛矿吸收层、电子传输层和金属电极；或包括由下到上依此层叠设置的底层基板、电子传输层、钙钛矿吸收层、空穴传输层和金属电极；其特征在于，所述钙钛矿吸收层和电子传输层之间设置有导电钝化层；所述导电钝化层的导电钝化材料为噻吩烷胺卤化盐类化合物、噻吩烷胺卤化盐类化合物的同分异构体、噻吩甲脒卤化盐类化合物或噻吩甲脒卤化盐类化合物的同分异构体。2.如权利要求1所述的钙钛矿基太阳电池，其特征在于，所述噻吩烷胺卤化盐类化合物包括噻吩烷胺卤化盐或噻吩烷胺卤化盐的导电衍生物；所述噻吩烷胺卤化盐包括噻吩甲胺卤化盐、噻吩乙胺卤化盐、噻吩丙胺卤化盐、噻吩丁胺卤化盐、噻吩戊胺卤化盐、噻吩己胺卤化盐、噻吩庚胺卤化盐、噻吩辛胺卤化盐、噻吩壬胺卤化盐或噻吩癸胺卤化盐；所述噻吩烷胺卤化盐的导电衍生物包括噻吩烷胺氟化盐、噻吩烷胺氯化盐、噻吩烷胺溴化盐或噻吩烷胺碘化盐；所述噻吩甲脒卤化盐类化合物包括噻吩甲脒卤化盐或噻吩甲脒卤化盐的导电衍生物；所述噻吩甲脒卤化盐的导电衍生物包括噻吩甲脒氟化盐、噻吩甲脒氯化盐、噻吩甲脒溴化盐或噻吩甲脒碘化盐。3.如权利要求1或2所述的钙钛矿基太阳电池，其特征在于，所述导电钝化层的制备方法，包括以下步骤：将所述导电钝化材料和异丙醇混合，得到导电钝化溶液；将所述导电钝化溶液涂覆或沉积在所述钙钛矿吸收层表面，得到所述导电钝化层。4.如权利要求3所述的钙钛矿基太阳电池，其特征在于，所述导电钝化溶液的浓度为0.5～5mg/mL。5.如权利要求3所述的钙钛矿基太阳电池，其特征在于，所述涂覆的方式为旋涂、刮涂或狭缝涂布；所述沉积的方式为热蒸发、化学气相沉积或物理气相沉积。6.如权利要求1所述的钙钛矿基太阳电池，其特征在于，所述底层基板包括透明导电玻璃、柔性衬底、硅底电池、钙钛矿底电池或
Ⅲ‑Ⅴ
族底电池。7.如权利要求6所述的钙钛矿基太阳电池，其特征在于，当所述底层基板为硅底电池、钙钛矿底电池或
Ⅲ‑Ⅴ
族底电池时，所述底层基板与所述空穴传输层之间还设置有隧穿结，在所述电子传输...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晓丹，许巧静，石标，李玉成，延玲玲，赵颖，
申请(专利权)人：南开大学，
类型：发明
国别省市：