一种钙钛矿叠层电池制造技术

本发明专利技术属于太阳能产业技术领域，尤其涉及一种钙钛矿叠层电池，所述的钙钛矿叠层电池中空穴传输层采用具有结构式所示的空缺传输材料：式中，R1‑

【技术实现步骤摘要】
一种钙钛矿叠层电池


[0001]本专利技术属于太阳能产业
，具体涉及一种钙钛矿叠层电池。

技术介绍

[0002]随着人口的激增，对资源的需求日益增加。能源危机和各类污染物的排放给人类生活带来了巨大挑战。因此，人们正在积极寻找绿色、环保和清洁的新能源。而作为新能源的领导者，太阳能吸引了越来越多的关注，太阳能发电技术根据光生伏特效应将太阳能转换为电能，是有效、可靠、绿色和可持续发展的太阳能利用技术之一。太阳能取之不尽、用之不竭，与水能、风能相比，太阳能具有覆盖面广、环境限制低、无需运输等优点，是解决当前能源危机和环境污染的重要途径之一。因此人们一直在致力于推进新的光伏技术，研究和开发高效率、低成本的太阳能电池，以有效地将光能转化为电能。
[0003]有机
‑
无机混合钙钛矿太阳能电池(Perovskite Solar Cells，PSCs)具有理想的光学带隙、高载流子迁移率、较长光载流子扩散长度、器件制备工艺简单等优点，有望促进光伏技术进一步发展。对于单结太阳能电池，吸收的光子能量仅有一部分转化为电能，其余部分转化为热能损失。1994年，Meier等首次提出叠层太阳电池(TSC)概念(Meier J，Flnckiger R，Keppner H，ShahA.1994，Appl.Phys.Lett.，58
‑
60.).TSC将不同带隙宽度的电池组合，对太阳光谱进行分段利用，从而避免高能光子的热化损失，提高太阳能利用率和电池光电转换效率(PCE)。不论是单结太阳能电池还是叠层太阳电池，空穴传输层起着极为关键的作用，有学者已研究证明使用含有锚定基团的有机小分子制备空穴传输层具有优异的电荷选择能力(Energy Environ.Sci.,2019,12,230
‑
237)。但是目前发展的具有锚定基团的有机小分子空穴传输材料面临着稳定性较差以及器件性能不佳等问题，导致钙钛矿电池的效率及使用寿命普遍较低。

技术实现思路

[0004]为了克服现有的钙钛矿电池效率及使用寿命普遍较低的技术问题，本专利技术的目的在于提供一种新型的钙钛矿叠层电池，其结构中至少含有电极层、空穴传输层、钙钛矿层、电子传输层、空穴阻挡层，其特征在于，所述的钙钛矿叠层电池中空穴传输层采用具有结构式(I)所示的空缺传输材料：
[0005][0006]其中，R1‑
R9独立地表示为氢、氘、卤素、醛基、羧基、氰基、硝基、氨基、磺酸基、硼酸基、硅基、砜基、亚砜基、酰胺基；C1
‑
C30取代或者未取代的烷基、烯基、炔基、烷氧基、硫代烷
氧基；C1
‑
C30取代或者未取代的卤代烷基、C1
‑
C30取代或者未取代的烷基硅烷基、C6
‑
C30取代或者未取代的芳基、C3
‑
C30取代或者未取代的杂芳基；A表示为空、单键、氧、硫。
[0007]优选地，式(I)所示的结构式包括但不限于如下化合物1
‑
33中的任意一种：
[0008][0009][0010][0011]本专利技术的钙钛矿叠层电池中空穴传输层的厚度优选1nm
‑
10um，更为优选的技术方案是，空穴传输层的厚度为1nm
‑
500nm。
[0012]本专利技术的钙钛矿叠层电池中，空缺传输层可以通过真空蒸镀法、分子束蒸镀法、溶于溶剂的浸涂法、旋涂法、棒涂法或者喷墨打印方式形成。
[0013]一种优选的技术方案为，本专利技术的钙钛矿叠层电池中，钙钛矿前驱体溶液的组成为Cs
0.23
FA
0.77
Pb(I
0.8
Br
0.2
)3，钙钛矿层的厚度为300nm
‑
550nm。
[0014]另一种优选的技术方案为，本专利技术的钙钛矿叠层电池中，电子传输层为一层厚度的LiF层。
[0015]再一种优选的技术方案为，本专利技术的钙钛矿叠层电池中，空穴阻挡层为一层厚度的C60层。
[0016]本专利技术所述的钙钛矿叠层电池可以是钙钛矿/晶硅叠层电池、全钙钛矿叠层电池、钙钛矿/有机叠层电池、钙钛矿/CIGS叠层电池中的任意一种。
[0017]一种具体的技术方案为，本专利技术的钙钛矿叠层电池，其结构为：Ag电极/ITO/ETL/钙钛矿层/HTL/NiO/ITO/a
‑
Si(n)/a
‑
Si(i)/n
‑
Si/a
‑
Si(i)/a
‑
Si(p)/ITO/Ag电极。前述结构的钙钛矿叠层电池的制备方法包括如下步骤：
[0018]1)选取N型单晶硅片，去损伤层和清洗之后，用氢氧化钠和异丙醇的混合溶液进行制绒；
[0019]2)在制绒后的N型单晶硅片的正面用PECVD法制备正面n型非晶硅层；
[0020]3)在制绒后的N型单晶硅片的背面制备p型非晶硅层；
[0021]4)在硅片正面上溅镀一层透明导电氧化物层作为正面ITO导电层；
[0022]5)在硅片背面上溅镀一层导电氧化物层作为背面ITO导电层；
[0023]6)在正面ITO层上表面采用磁控溅射法制备NiO空穴传输层；
[0024]7)将使用超干乙醇配置的空穴传输材料溶液旋涂在NiO空穴传输层表面上，100℃退火10分钟，形成一定厚度的空穴传输层；
[0025]8)将化学组成为Cs
0.23
FA
0.77
Pb(I
0.8
Br
0.2
)3的钙钛矿前驱体溶液在50℃搅拌12小时以上，再以氯苯为反溶剂，通过“一步法”空穴传输层表面上沉积一层一定厚度的钙钛矿膜形成的钙钛矿层；
[0026]9)在钙钛矿层表面依次蒸镀一定厚度的电子传输层、空穴阻挡层；
[0027]10)在空穴阻挡层表面上面蒸镀一层一定厚度的SnO2层；
[0028]11)在SnO2层表面上溅镀一层一定厚度的ITO层；
[0029]12)使用热蒸发法制备一定厚度的Ag金属栅线层做电极；
[0030]13)对上述电池进行封装，得到钙钛矿叠层电池产品。
[0031]本专利技术含有氰基膦酸锚定基团的空穴传输材料的钙钛矿叠层电池有益技术效果
在于：
[0032](1)本专利技术的钙钛矿叠层电池中，采用结构式(I)的空缺传输材料作为空穴传输层，该分子结构的化合物，其分子结构中的氰基膦酸能够牢固地锚定在无机p型半导体底或透明导电氧化物衬底上，从而调控无机p型半导体界面能级或者调控透明导电氧化物功函，促进空穴从叠层器件中宽带隙钙钛矿吸光层到透明导电氧化物电极层的传输效率，提高宽带隙钙钛矿电池光电转换效率。
[0033](2)本专利技术的钙钛矿叠层电池中，采用结构式(I)的空缺传输材料作为空穴传输层，其分子结构中的氰基膦酸能够降低空穴传输层表面能，对于钙钛矿前本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钙钛矿叠层电池，其结构中至少含有电极层、空穴传输层、钙钛矿层、电子传输层、空穴阻挡层，其特征在于，所述的钙钛矿叠层电池中空穴传输层采用具有结构式(I)所示的空缺传输材料：其中，R1‑
R9独立地表示为氢、氘、卤素、醛基、羧基、氰基、硝基、氨基、磺酸基、硼酸基、硅基、砜基、亚砜基、酰胺基；C1
‑
C30取代或者未取代的烷基、烯基、炔基、烷氧基、硫代烷氧基；C1
‑
C30取代或者未取代的卤代烷基、C1
‑
C30取代或者未取代的烷基硅烷基、C6
‑
C30取代或者未取代的芳基、C3
‑
C30取代或者未取代的杂芳基；A表示为空、单键、氧、硫。2.如权利要求1所述的钙钛矿叠层电池，其特征在于，式(I)所示的结构式包括如下化合物1
‑
33中的任意一种：
。3.如权利要求1或2所述的钙钛矿叠层电池，其特征在于，所述的空穴传输层的厚度为1nm
‑
10um。4.如权利要求1或2所述的钙钛矿叠层电池，其特征在于，具有结构式(I)的化合物通过真空蒸镀法、分子束蒸镀法、溶于溶剂的浸涂法、旋涂法、棒涂法或者喷墨打印方式形成空穴传输层。5.如权利要求1或2所述的钙钛矿叠层电池，其特征在于，所述的钙钛矿叠层电池中钙钛矿层的前驱体溶液的组成为Cs
0.23
FA
0.77
Pb(I
0.8
Br
0.2
)3，钙钛矿层的厚度为300nm
‑
550nm。6.如权利要求1或2所述的钙钛矿叠层电池，其特征在于，所述的钙钛矿叠层电池中电致传输层为一层厚度10nm
‑
30nm的LiF层。7.如权利要求1或2所述的钙钛矿叠层电池，其特征在于，所述的钙钛矿叠层电池中空穴阻挡层为一层厚度10nm
...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴永真，黄锦海，
申请(专利权)人：上海辉纳思光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：