柔性薄膜太阳能电池及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种柔性薄膜太阳能电池及其制作方法。所述电池包括第一电极、第一载流子传输层、光活性层、第二载流子传输层和第二电极，所述第一、第二载流子传输层的电荷特性相反；其中，所述第一电极与第一载流子传输层之间还设置有修饰层，所述修饰层由晶态或非晶态ITO组成。本发明专利技术的柔性薄膜太阳能电池具有优秀的空气存储稳定性，可以在干燥空气中长时间保存。同时，本发明专利技术的制作方法可以赋予柔性太阳能电池优异的性能，例如大面积器件性能等，且使柔性太阳能电池具有显著延长的使用寿命。命。命。

【技术实现步骤摘要】
柔性薄膜太阳能电池及其制作方法


[0001]本申请属于光伏器件制备领域，涉及一种薄膜太阳能电池，特别涉及一种长寿命、高效率、大面积的柔性薄膜太阳能电池及其制作方法。

技术介绍

[0002]有机太阳能电池具有可溶液制备、轻质、材料来源广泛、环境友好等诸多优点，在新一代光伏电池领域受到广泛的关注。目前小面积有机太阳能电池光电转换效率已经达到18％，展现出了较好的商业化应用前景。然而，实验室获得高效率认证的太阳能电池面积非常小，而大面积有机太阳能电池的效率却严重滞后。
[0003]制约大面积有机太阳能电池效率滞后的原因包括大面积薄膜的制备技术不成熟、商业化的柔性透明导电电极还不能满足大面积柔性薄膜太阳能电池的使用需求等。就透明导电电极而言，透过率和方块电阻是两个重要考核指标。小面积电池中，方块电阻通常为10
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30欧姆/方块，电池性能优异，所以金属氧化物(如ITO)、金属基电极、碳材料类电极都可以满足使用需求。而随着电池面积的放大，则往往需要采用具备优异光学透过率以及导电性的透明金属栅电极。例如，采用纳米压印方法制备的金属栅电极的方块电阻可以低于1欧姆/方块，且光学透过率达到85％以上。将此类透明金属栅电极应用于大面积有机太阳能电池中将减少电池由于电极方阻过大引起的电学损耗，提升电池的效率。
[0004]虽然金属栅电极具有优异的导电性，但是由于其表面粗糙度大，这会引起柔性薄膜太阳能电池的均匀性和再现性较差。特别是，金属电极中由于空白区域是绝缘的，这将会导致器件中横向电荷收集不是很好。因此，为了提高金属电极的表面均匀性以及电极对横向电荷的收集，需要对金属电极进行修饰。目前经常采用PEDOT∶PSS修饰金属电极。基于PEDOT∶PSS修饰的金属网格电极制备的柔性小面积器件效率可以达到12.07％(Science China Chemistry 2019，62，851
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858)，采用狭缝涂布制备的PEDOT∶PSS修饰柔性金属网格基的1cm2的器件效率12.16％，25cm2的组件效率10.09％(Advanced Materials 2020，32，2005153)。
[0005]然而，PEDOT∶PSS中PSS具有吸水特性，导致制备的有机太阳能电池的空气存储稳定性很差。并且，在倒置结构的太阳能电池中，在PEDOT∶PSS上沉积的氧化锌等与PEDOT∶PSS的功函数不匹配，会影响器件中的电荷的转移与收集，进而影响到器件的性能。同时，无论是对于正置结构还是倒置结构的有机太阳能电池来说，在PEDOT∶PSS上制备其他薄膜时，由于PEDOT∶PSS的疏水特性均会使得其他层不浸润，这也阻碍了大面积成膜的均匀性，使得柔性大面积器件的制备工艺难度增加。
[0006]综述之，现有的基于PEDOT∶PSS修饰的金属电极的有机太阳能电池的器件效率、稳定性、大面积制备等方面都存在缺陷，因此亟待改进。

技术实现思路

[0007]本专利技术的主要目的在于提供一种柔性薄膜太阳能电池及其制作方法，以克服现有
技术中的不足。
[0008]为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：
[0009]本专利技术的一个方面提供了一种柔性薄膜太阳能电池，包括第一电极、第一载流子传输层、光活性层、第二载流子传输层和第二电极，所述第一载流子传输层的电荷特性与第二载流子传输层的电荷特性相反；进一步的，所述第一电极与第一载流子传输层之间还设置有修饰层，所述修饰层由金属氧化物形成，例如由晶态或非晶态的氧化铟锡(ITO)组成。
[0010]其中，所述第一载流子传输层和第二载流子传输层中的任一者为电子传输层，另一者为空穴传输层。
[0011]本专利技术的另一个方面提供了一种柔性薄膜太阳能电池的制作方法，包括分别制作第一电极、第一载流子传输层、光活性层、第二载流子传输层、第二电极的步骤；进一步的，所述的制作方法还包括：在所述第一电极上制作修饰层，之后在所述修饰层上制作第一载流子传输层。
[0012]较之现有技术，本专利技术通过以ITO修饰层等修饰金属电极，使柔性薄膜太阳能电池具有优秀的空气存储稳定性，可以在干燥空气中长时间保存，同时ITO修饰过的金属电极上可以更好的沉积其他结构层，有利于实现大面积柔性薄膜太阳能电池的制备，并使之具有高效率、高稳定性和优异的大面积器件性能，还可有效延长其使用寿命。
附图说明
[0013]图1是本专利技术一典型实施方式中一种柔性薄膜太阳能电池的结构示意图；
[0014]图2是本专利技术一典型实施方式中一种Ag栅电极的光学显微镜照片；
[0015]图3是本专利技术实施例13中一种柔性薄膜太阳能电池的J
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V曲线；
[0016]图4是本专利技术实施例16及对比例1制得的两种柔性薄膜太阳能电池的J
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V曲线；
[0017]图5是本专利技术实施例16及对比例2制得的两种柔性薄膜太阳能电池的J
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V曲线。
具体实施方式
[0018]本专利技术的一些实施例所提供的一种柔性薄膜太阳能电池包括第一电极、第一载流子传输层、光活性层、第二载流子传输层和第二电极，所述第一载流子传输层的电荷特性与第二载流子传输层的电荷特性相反；进一步的，所述第一电极与第一载流子传输层之间还设置有修饰层，所述修饰层由金属氧化物形成。
[0019]较为优选的，所述修饰层由晶态或非晶态的ITO组成。
[0020]在一些情况下，所述修饰层还可以由掺铝氧化锌(AZO)等形成。
[0021]较为优选的，所述修饰层中ITO晶粒的粒径为2
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20nm。
[0022]较为优选的，所述修饰层的厚度为10
‑
100nm。
[0023]较为优选的，所述修饰层的方块电阻为10
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10000欧姆/方块。
[0024]进一步的，所述修饰层可以通过在第一电极上磁控溅射沉积ITO而获得。
[0025]进一步的，所述第一载流子传输层和第二载流子传输层中的任一者为电子传输层，另一者为空穴传输层。即，在一些情况下，所述第一载流子传输层为电子传输层，第二载流子传输层为空穴传输层。在另外一些情况下，所述第一载流子传输层为空穴传输层，而第二载流子传输层为电子传输层。
[0026]较为优选的，所述电子传输层的厚度为30～200nm。
[0027]较为优选的，所述空穴传输层厚度为10～100nm。
[0028]较为优选的，所述光活性层为厚度为100～10000nm。
[0029]进一步的，所述电子传输层的材质可以选用金属氧化物，例如氧化锌、氧化钛、氧化锡中的任意一种或多种的组合，且不限于此。
[0030]进一步的，所述空穴传输层的材质包括氧化钼、氧化镍、PEDOT∶PSS中的任意一种或多种的组合，且不限于此。
[0031]进一步的，所述光活性层包括有机共混异质结薄膜或者有机
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无机钙钛矿薄本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性薄膜太阳能电池，包括第一电极、第一载流子传输层、光活性层、第二载流子传输层和第二电极，所述第一载流子传输层的电荷特性与第二载流子传输层的电荷特性相反，其特征在于：所述第一电极与第一载流子传输层之间还设置有修饰层，所述修饰层由金属氧化物形成。2.根据权利要求1所述的柔性薄膜太阳能电池，其特征在于：所述修饰层由晶态或非晶态的ITO组成。3.根据权利要求2所述的柔性薄膜太阳能电池，其特征在于：所述修饰层中ITO晶粒的粒径为2
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20nm；和/或，所述修饰层的厚度为10
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100nm；和/或，所述修饰层的方块电阻为10
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10000欧姆/方块。4.根据权利要求1所述的柔性薄膜太阳能电池，其特征在于：所述第一载流子传输层和第二载流子传输层中的任意一者为电子传输层，另一者为空穴传输层。5.根据权利要求4所述的柔性薄膜太阳能电池，其特征在于：所述电子传输层的厚度为30～200nm；和/或，所述空穴传输层的厚度为10～100nm；和/或，所述光活性层的厚度为100～10000nm。6.根据权利要求4所述的柔性薄膜太阳能电池，其特征在于：所述电子传输层的材质包括氧化锌、氧化钛、氧化锡中的任意一种或多种的组合；和/或，所述空穴传输层的材质包括氧化钼、氧化镍、PEDOT：PSS中的任意一种或多种的组合；和/或，所述光活性层包括有机共混异质结薄膜或者有机
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无机钙钛矿薄膜...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩云飞，查吴送，胡子首，陈小连，徐文亚，骆群，苏文明，马昌期，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：发明
国别省市：