一種平面倒置半透明有機(jī)/無機(jī)雜化鈣鈦礦太陽電池器件及制備方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種平面倒置半透明有機(jī)/無機(jī)雜化鈣鈦礦太陽電池器件，由下到上包括襯底、陽極層，空穴傳輸層，單分子修飾層，鈣鈦礦層、電子傳輸層，陰極修飾層和陰極層；所述空穴傳輸層為聚乙撐二氧噻吩和聚苯乙烯磺酸鈉的混合薄膜、聚三苯胺的均聚物或共聚物、聚咔唑的均聚物或共聚物、硫氰酸亞銅、氧化鎳薄膜、氧化亞銅、氧化鉬薄膜、氧化釩薄膜或者氧化鎢薄膜；所述電子傳輸層為富勒烯或富勒烯的衍生物。本發(fā)明專利技術(shù)實(shí)現(xiàn)了良好的能級匹配從而達(dá)到提高平面倒置半透明有機(jī)/無機(jī)雜化鈣鈦礦太陽電池開路電壓、填充因子和能量轉(zhuǎn)換效率的目的，可以獲得高性能的半透明平面倒置有機(jī)/無機(jī)雜化鈣鈦礦太陽電池器件。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及有機(jī)/無機(jī)雜化鈣鈦礦光伏
，特別涉及一種平面倒置半透明有機(jī)/無機(jī)雜化鈣鈦礦太陽電池器件及制備方法。
技術(shù)介紹
隨著全球?qū)τ谀茉葱枨蟮闹鹉暝黾樱汀⒚禾康葌鹘y(tǒng)能源的日益枯竭，以及對保護(hù)地球生態(tài)環(huán)境的需要，全世界越來越多的科學(xué)家將研究集中在氫氣、太陽能等取之不盡用之不竭的可再生清潔能源。成熟的無機(jī)硅、砷化鎵、磷化銦等基于無機(jī)材料的太陽電池已經(jīng)在市場上占有主導(dǎo)地位，然而由于其對于材料純度的要求高，加工過程中會(huì)產(chǎn)生高能耗及污染等問題，且其價(jià)格非常昂貴，因此在追求低成本和綠色環(huán)保的今天，其大規(guī)模應(yīng)用受到了限制。基于溶液加工的有機(jī)-無機(jī)雜化鈣鈦礦類太陽電池最近在國際上倍受關(guān)注，該類鈣鈦礦材料具備吸收強(qiáng)，遷移率高，載流子壽命長，可調(diào)控帶隙以及可采用多種方式加工等優(yōu)點(diǎn)。短短7年，實(shí)驗(yàn)室小面積器件的功率轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)從3.81％提高到22.1％，成為最有潛力的太陽電池技術(shù)。鈣鈦礦太陽電池可以采取介孔和平面形式兩種器件結(jié)構(gòu)，其中介孔鈣鈦礦太陽電池制備過程中需要高溫將TiO2的前驅(qū)體轉(zhuǎn)化成無機(jī)半導(dǎo)體，制備工藝較為復(fù)雜，相比之下，采用類似于有機(jī)太陽電池器件結(jié)構(gòu)的平面倒裝鈣鈦礦電池可以采用低溫全溶液加工方法，這一點(diǎn)不僅可以使得生產(chǎn)能耗大幅降低，還能實(shí)現(xiàn)大面積生產(chǎn)，還可制備柔性器件，質(zhì)量輕便，可滿足不同的需要。平面倒置半透明鈣鈦礦電池器件結(jié)構(gòu)為ITO/聚乙撐二氧噻吩和聚苯乙烯磺酸鈉的混合薄膜(PEDOT:PSS)/鈣鈦礦/苯基-C61-丁酸甲酯(PC61BM)/銀(Ag)，其中陽極方面：PEDOT:PSS與鈣鈦礦之間并非最優(yōu)化界面接觸，PEDOT:PSS最高已占軌道能級(-5.1eV)與鈣鈦礦價(jià)帶能級(-5.4eV)不匹配，而且PEDOT:PSS電子阻擋能力差；而在陰極方面：PC61BM最低未占軌道能級(-4.2eV)與鈣鈦礦導(dǎo)帶能級(-3.9eV)不匹配，這兩個(gè)界面能級不匹配導(dǎo)致平面倒裝鈣鈦礦電池開路電壓低于介孔鈣鈦礦電池，從而降低平面倒裝鈣鈦礦電池光電轉(zhuǎn)換效率。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)與不足，本專利技術(shù)的目的在于提供一種平面倒置半透明有機(jī)/無機(jī)雜化鈣鈦礦太陽電池器件，大大提高平面倒裝鈣鈦礦電池開路電壓，從而提高平面倒裝鈣鈦礦電池光電轉(zhuǎn)換效率。本專利技術(shù)的另一目的在于提供上述平面倒置半透明有機(jī)/無機(jī)雜化鈣鈦礦太陽電池器件的制備方法。本專利技術(shù)的目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種平面倒置半透明有機(jī)/無機(jī)雜化鈣鈦礦太陽電池器件，其特征在于，由下到上包括襯底、陽極層，空穴傳輸層，單分子修飾層，鈣鈦礦層、電子傳輸層，陰極修飾層和陰極層；所述空穴傳輸層為聚乙撐二氧噻吩和聚苯乙烯磺酸鈉的混合薄膜、聚三苯胺的均聚物或共聚物、聚咔唑的均聚物或共聚物、硫氰酸亞銅、氧化鎳薄膜、氧化亞銅、氧化鉬薄膜、氧化釩薄膜或者氧化鎢薄膜；所述電子傳輸層為富勒烯或富勒烯的衍生物。所述單分子修飾層為二乙醇胺，厚度為1-10納米。所述鈣鈦礦層由化合物A和化合物B制成；所述化合物A為含鹵素的有機(jī)鹽或無機(jī)鹽；所述化合物B為含鹵素的金屬無機(jī)鹽。所述鈣鈦礦層為CH3NH3PbI3，厚度為50-400nm。所述襯底為玻璃或者透明塑料薄膜。所述陽極層為銦摻雜的氧化錫薄膜、氟摻雜的氧化錫薄膜、鋁摻雜的氧化鋅薄膜、金屬銀、金納米線或者薄膜。所述空穴傳輸層的厚度為10～100納米。所述電子傳輸層的厚度為10～100nm。所述的平面倒置半透明有機(jī)/無機(jī)雜化鈣鈦礦太陽電池器件的制備方法，包括以下步驟：(1)在襯底上通過溶液加工法或者真空蒸鍍法依次制備陽極層、空穴傳輸層、單分子修飾層；(2)在單分子修飾層上通過溶液加工法或者真空蒸鍍法制備鈣鈦礦層、電子傳輸層，陰極修飾層和陰極層組成，得到平面倒置半透明有機(jī)/無機(jī)雜化鈣鈦礦太陽電池器件。所述溶液加工法為旋涂、刷涂、噴涂、浸涂、輥涂、絲網(wǎng)印刷、印刷或噴墨打印。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果：本專利技術(shù)通過將具有低最高已占軌道能級的氧化鎳以及單分子修飾層和高的最低未占軌道能級的富勒烯制作在倒置型光伏器件中，實(shí)現(xiàn)良好的能級匹配從而達(dá)到提高平面倒置半透明有機(jī)/無機(jī)雜化鈣鈦礦太陽電池開路電壓、填充因子和能量轉(zhuǎn)換效率的目的，可以獲得高性能的半透明平面倒置有機(jī)/無機(jī)雜化鈣鈦礦太陽電池器件。附圖說明圖1為本專利技術(shù)的實(shí)施例制備的平面倒置半透明有機(jī)/無機(jī)雜化鈣鈦礦太陽電池器件的電壓-電流密度曲線圖。圖2為本專利技術(shù)的實(shí)施例制備的平面倒置半透明有機(jī)/無機(jī)雜化鈣鈦礦太陽電池器件的透光譜。具體實(shí)施方式下面結(jié)合實(shí)施例，對本專利技術(shù)作進(jìn)一步地詳細(xì)說明，但本專利技術(shù)的實(shí)施方式不限于此。實(shí)施例將ITO導(dǎo)電玻璃，方塊電阻～20Ω/□，預(yù)切割成15毫米×15毫米方片。依次用丙酮、微米級半導(dǎo)體專用洗滌劑、去離子水、異丙醇超聲清洗，氮?dú)獯祾吆笾糜诤銣睾嫦鋫溆谩Ｊ褂们埃琁TO凈片在氧等離子體刻蝕儀中以等離子體轟擊4分鐘，旋涂NiO乙醇溶液并獲得最終膜厚為30納米薄膜，在大氣環(huán)境下300℃退火3小時(shí)，然后將基片浸泡在二乙醇胺的異丙醇溶液中10分鐘，用氮?dú)獯蹈珊髠魅胧痔紫湫库}鈦礦活性層材料CH3NH3PbI3，配置質(zhì)量濃度為15％光活性層材料(溶劑為γ-羥基丁酸內(nèi)酯：二甲基亞砜N,N-二甲基甲酰胺＝7:3)，500rpm，10s以及5000rpm，60s，在5000rpm開始的第20s滴加150ul的甲苯溶液，然后100℃加熱退火10min，然后依次在其上旋凃一層40nm厚的電子傳輸層C60(CH2)(Ind)層(20mg/ml，溶劑為氯苯)和5nm的陰極修飾層PN4N(0.2mg/ml，溶劑為異丙醇)，最后采用蒸鍍的方法蒸鍍一層銀電極。銀電極蒸鍍在真空鍍膜機(jī)中真空度達(dá)到3×10-4Pa以下時(shí)完成。鍍膜速率與各層電極之厚度由石英振子膜厚監(jiān)測儀(STM-100型,Sycon公司)實(shí)時(shí)監(jiān)控。所有制備過程均在提供氮?dú)舛栊苑諊氖痔紫鋬?nèi)進(jìn)行。最終獲得具有玻璃/ITO/NiO/DEA/鈣鈦礦層/C60(CH2)(Ind)/PN4N/銀電極的器件。器件的電流－電壓特性，是在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)太陽光照下(AM 1.5光譜)，通過電腦控制的Keithley2400電流電壓源測得。由圖1～2可以得出，C60(CH2)(Ind)的加入，可以使得器件的開路電壓得到相當(dāng)大的提高，同時(shí)光伏器件的填充因子也得到一定的提高，最終表現(xiàn)出加入C60(CH2)(Ind)的光伏器件具有更高的能量轉(zhuǎn)換效率和透光率。表1平面倒置半透明有機(jī)/無機(jī)雜化鈣鈦礦太陽電池器件性能器件A結(jié)構(gòu)：ITO/NiO/DEA/CH3NH3PbI3/C60(CH2)(Ind)/PN4N(5nm)/Ag(10nm)器件B結(jié)構(gòu)：ITO/NiO/DEA/CH3NH3PbI3/C60(CH2)(Ind)/PN4N(5nm)/Ag(14nm)從表1中可以看出，10nm銀電極的器件表現(xiàn)出高開路電壓(1.13V)和高效率(11.0％)以及高透光率(25.6％)，進(jìn)一步增加銀電極的厚度器件表現(xiàn)出更高的短路電流和效率。本實(shí)施例的鈣鈦礦活性層材料還可為CH3NH3PbIxCl3-x或CH3NH3Pb(I0.3Br0.7)xCl3-x或兩者的混合物，其中0≤X≤3。所述鈣鈦礦活性層材本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種平面倒置半透明有機(jī)/無機(jī)雜化鈣鈦礦太陽電池器件，其特征在于，由下到上包括襯底、陽極層，空穴傳輸層，單分子修飾層，鈣鈦礦層、電子傳輸層，陰極修飾層和陰極層；所述空穴傳輸層為聚乙撐二氧噻吩和聚苯乙烯磺酸鈉的混合薄膜、聚三苯胺的均聚物或共聚物、聚咔唑的均聚物或共聚物、硫氰酸亞銅、氧化鎳薄膜、氧化亞銅、氧化鉬薄膜、氧化釩薄膜或者氧化鎢薄膜；所述電子傳輸層為富勒烯或富勒烯的衍生物。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種平面倒置半透明有機(jī)/無機(jī)雜化鈣鈦礦太陽電池器件，其特征在于，由下到上包括襯底、陽極層，空穴傳輸層，單分子修飾層，鈣鈦礦層、電子傳輸層，陰極修飾層和陰極層；所述空穴傳輸層為聚乙撐二氧噻吩和聚苯乙烯磺酸鈉的混合薄膜、聚三苯胺的均聚物或共聚物、聚咔唑的均聚物或共聚物、硫氰酸亞銅、氧化鎳薄膜、氧化亞銅、氧化鉬薄膜、氧化釩薄膜或者氧化鎢薄膜；所述電子傳輸層為富勒烯或富勒烯的衍生物。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平面倒置半透明有機(jī)/無機(jī)雜化鈣鈦礦太陽電池器件，其特征在于，所述單分子修飾層為二乙醇胺，厚度為1-10納米。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平面倒置半透明有機(jī)/無機(jī)雜化鈣鈦礦太陽電池器件，其特征在于，所述鈣鈦礦層由化合物A和化合物B制成；所述化合物A為含鹵素的有機(jī)鹽或無機(jī)鹽；所述化合物B為含鹵素的金屬無機(jī)鹽。4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的平面倒置半透明有機(jī)/無機(jī)雜化鈣鈦礦太陽電池器件，其特征在于，所述鈣鈦礦層為CH3NH3PbI3，厚度為50-400nm。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平面倒置半透明有機(jī)/無機(jī)雜化鈣鈦礦太陽電池器件，其特征在于，所述襯底為玻璃或者透...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：葉軒立，薛啟帆，夏若曦，
申請(專利權(quán))人：華南理工大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：廣東;44