一种准二维/三维异质结钙钛矿太阳能电池制造技术

本发明专利技术公开了一种准二维/三维异质结钙钛矿太阳能电池，该电池结构为从受光正面至受光背面依次包括透明导电衬底、空穴传输层、宽带隙钙钛矿层、准二维钙钛矿层、电子传输层和栅线电极，所述准二维钙钛矿层的制备过程为：先在宽带隙钙钛矿层上蒸发碘化铅层，再在碘化铅层上形成甲基碘化胺层，然后在甲基碘化胺层上形成二维钙钛矿有机配体层。本发明专利技术通过采用蒸发辅助多步骤制备二维钙钛矿，可以调节二维钙钛矿的n值，进而调节表面能级，避免电荷阻挡。避免电荷阻挡。避免电荷阻挡。

【技术实现步骤摘要】
一种准二维/三维异质结钙钛矿太阳能电池


[0001]本专利技术属于太阳能电池
，具体涉及一种利用蒸发辅助制备的准二维/三维异质结钙钛矿太阳能电池。

技术介绍

[0002]有机
‑
无机杂化钙钛矿因具有带隙可调、载流子寿命长、缺陷态密度低等优异的光电性能且兼顾低成本的溶液法制备，已经成为国际上备受关注的一种新兴光伏材料。通过串联宽/窄带隙钙钛矿子电池构筑的钙钛矿/钙钛矿(或称“全钙钛矿”)叠层电池兼备高效率和低成本的突出优点，是突破单结钙钛矿太阳能电池的Shockley
‑
Queisser极限的有效途径。在钙钛矿/钙钛矿两端叠层太阳能电池中，通过使用宽带隙的钙钛矿作为顶电池吸收短波长部分的太阳光，使用窄带隙的钙钛矿作为底电池吸收长波长部分的太阳光，可提高太阳光谱的利用率，降低单结电池中载流子的热弛豫损失，从而提高光电转换效率。
[0003]在过去几年中，全钙钛矿串联太阳能电池的光电转换效率已经超过了单结钙钛矿太阳能电池最高认证效率25.7％。目前，进一步发展全钙钛矿串联太阳能电池的面临主要挑战之一是在宽带隙子电池中实现更高的开路电压。近年来随着定量分析方法的进步和研究的深入，宽带隙子电池中的开压损失被更普遍地认为是由非辐射复合引起的，特别是在钙钛矿/C
60
界面。
[0004]限制钙钛矿叠层电池发展的另一难题是目前的稳定性与商业化标准间的较大差距。对于理想带隙匹配的钙钛矿串联器件，宽带隙子电池通常含有高含量的溴化物，导致在连续照明下出现严重的光致相分离；且与底部窄带隙子电池相比，宽带隙子电池会暴露在整个入射光谱中，其光稳定性会对串联电池的工作寿命产生相当大的影响。
[0005]近年来，二维/三维(2D/3D)异质结钙钛矿被认为是提高效率和稳定性的有效方法。在正式钙钛矿(n
‑
i
‑
p)结构中，通过将有机二维配体旋涂到三维钙钛矿表面上而沉积的2D/3D异质结结构可以减轻界面非辐射复合并促进空穴传输。但是在反式(p
‑
i
‑
n)结构的钙钛矿上界面，通过常规旋涂法制备的2D/3D异质结构在能级上反而会阻碍3D钙钛矿的电子传输。
[0006]因此，开发一种可以调节能级，促进电子传输，减少界面非辐射复合的2D/3D异质结界面，是本领域目前急需解决的技术问题。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是提供一种准二维/三维异质结钙钛矿太阳能电池。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0009]一种准二维/三维异质结钙钛矿太阳能电池，从受光正面至受光背面依次包括：透明导电衬底、空穴传输层、宽带隙钙钛矿层、准二维钙钛矿层、电子传输层和栅线电极；
[0010]所述准二维钙钛矿层的制备过程为：先在宽带隙钙钛矿层上蒸发碘化铅层，再在碘化铅层上形成甲基碘化胺层，然后在甲基碘化胺层上形成二维钙钛矿有机配体层；
[0011]所述二维钙钛矿有机配体为长碳链烷基铵阳离子或芳基铵阳离子，选自：乙二胺氢碘酸盐(EDAI2)、正丁基溴化铵(BABr)、辛基碘化胺(OAI)、苯乙基碘化胺(PEAI)、4
‑
氟苯乙基碘化胺(4F
‑
PEAI)、苯甲基氯化胺(PMACl)或胍氢碘酸盐(GuaI)。
[0012]如图2
‑
3所示，蒸发的碘化铅(PbI2)和甲基碘化胺(MAI)反应完全生成MAPbI3钙钛矿，后续与二维钙钛矿有机配体(苯乙基碘化胺PEAI)反应生成多n值的准二维钙钛矿层。甲基碘化胺层对准二维钙钛矿n值的调控具有关键作用。相比传统方法，直接在宽带隙钙钛矿表面旋涂二维钙钛矿有机配体只能形成n＝1的宽能带的二维钙钛矿层。
[0013]在本专利技术的一个具体实施例中，甲基碘化胺层和二维钙钛矿有机配体层均采用溶液法(如旋涂法)形成，退火条件为100摄氏度5min。甲基碘化胺层和二维钙钛矿有机配体层也可采用物理气相沉积法(如蒸发法)形成，控制厚度至反应完全生成二维钙钛矿。
[0014]进一步地，所述透明导电衬底选自氧化铟锡(ITO)衬底、氧化铟钨(IWO)衬底、掺氟氧化锡(FTO)衬底、氧化铟锌(IZO)衬底或掺铝氧化锌(AZO)衬底。
[0015]进一步地，所述空穴传输层的构成材料为p型半导体材料。具体地，所述p型半导体材料选自氧化镍(NiO)、氧化钼(MoO3)、氧化亚铜(Cu2O)、碘化铜(CuI)、酞菁铜(CuPc)、硫氰酸亚铜(CuSCN)、氧化还原石墨烯、聚[双(4
‑
苯基)(2,4,6
‑
三甲基苯基)胺](PTAA,poly(triaryl amine))、2,2',7,7'
‑
四[N,N
‑
二(4
‑
甲氧基苯基)氨基]‑
9,9'
‑
螺二芴(Spiro
‑
OMeTAD)、聚3，4
‑
乙撑二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)、聚[双(4
‑
苯基)(4
‑
丁基苯基)胺](Ploy
‑
TPD)或单分子层。
[0016]进一步地，所述电子传输层的构成材料为n型半导体材料。具体地，所述n型半导体材料选自富勒烯(C
60
)、石墨烯或富勒烯衍生物[6,6]‑
苯基
‑
C61
‑
丁酸甲酯(PCBM)。
[0017]进一步地，所述栅线电极的材质选自金、钯、银、钛、铬、镍、铝或铜。
[0018]与现有技术相比，本专利技术的二维/三维异质结宽带隙太阳能电池具有以下优势：
[0019]1)采用蒸发辅助多步骤制备二维钙钛矿，可以调节二维钙钛矿的n值，进而调节表面能级，避免电荷阻挡；
[0020]2)规避三维钙钛矿的组分对形成二维结构的影响；
[0021]3)减少了三维钙钛矿/C
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界面的非辐射复合，实现了更高的光电转换效率；
[0022]4)电荷抽取的加速和非辐射复合的减少实现了稳定性的大幅提高。
附图说明
[0023]图1为实施例1中准二维/三维异质结宽带隙太阳能电池的器件结构示意图。
[0024]图2为实施例1中蒸发辅助的准二维/三维异质结宽带隙太阳能电池制备流程图。
[0025]图3为实施例1中蒸发辅助的准二维/三维异质结和传统旋涂法制备的二维/三维异质结稳态荧光光谱。激光波长为532nm，强度为100mW/cm2。
[0026]图4为实施例1中蒸发辅助制备的准二维/三维异质结宽带隙太阳能电池的电流密度
‑
电压曲线。测试是在室温条件下在全日光照明(AM 1.5G，100mW cm
‑2)下进行。
[0027]图5为实施例1中蒸发辅助制备的准二维/三维异质结宽带隙太阳能电池的长期运本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种准二维/三维异质结钙钛矿太阳能电池，其特征在于：从受光正面至受光背面依次包括：透明导电衬底、空穴传输层、宽带隙钙钛矿层、准二维钙钛矿层、电子传输层和栅线电极；所述准二维钙钛矿层的制备过程为：先在宽带隙钙钛矿层上蒸发碘化铅层，再在碘化铅层上形成甲基碘化胺层，然后在甲基碘化胺层上形成二维钙钛矿有机配体层；所述二维钙钛矿有机配体选自乙二胺氢碘酸盐、正丁基溴化铵、辛基碘化胺、苯乙基碘化胺、4
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氟苯乙基碘化胺、苯甲基氯化胺或胍氢碘酸盐。2.根据权利要求1所述的准二维/三维异质结钙钛矿太阳能电池，其特征在于：所述透明导电衬底选自氧化铟...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭海仁，闻瑾，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：