一種柔性半透明鈣鈦礦太陽能電池制造技術

本發明專利技術涉及一種柔性半透明鈣鈦礦太陽能電池，屬于半導體光電子器件技術領域。本發明專利技術的太陽能電池由下到上依次包括柔性透明襯底、電子傳輸層、吸光層、空穴傳輸層、透明電極層和電極保護層組成。本發明專利技術低溫制備TiO2電子傳輸層，與柔性基底兼容。采用熱蒸發法制備太陽能電池的鈣鈦礦吸光層薄膜，鈣鈦礦薄膜具有很好的均勻性和透光性。本發明專利技術制備工藝極其簡單，成本低廉，可以獲得性能優異的柔性半透明鈣鈦礦太陽能電池。

A flexible semitransparent perovskite solar cell

The invention relates to a flexible semitransparent perovskite solar cell, belonging to the technical field of semiconductor optoelectronic devices. The solar cell of the invention comprises a flexible transparent substrate, an electron transport layer, a light absorption layer, a hole transmission layer, a transparent electrode layer and an electrode protection layer sequentially from down to top. The invention provides a TiO2 electron transport layer at low temperature and is compatible with a flexible substrate. The perovskite absorbing film of solar cell was prepared by thermal evaporation. The perovskite film has good uniformity and transparency. The preparation process of the invention is extremely simple, and the cost is low, and the flexible semitransparent perovskite solar cell with excellent performance can be obtained.

【技術實現步驟摘要】
一種柔性半透明鈣鈦礦太陽能電池
本專利技術涉及一種柔性半透明鈣鈦礦太陽能電池，屬于半導體光電子器件領域。
技術介紹
太陽能作為一種新能源具備清潔、普遍、取之不盡用之不竭等優點。太陽能電池是利用太陽能的有效手段。太陽能電池中，鈣鈦礦太陽能電池具有制備工藝簡單、成本低、效率高等優點。自從2012年PARK課題組首次報道壽命500小時以上、效率達到9.7%的全固態鈣鈦礦太陽能電池以來，鈣鈦礦太陽能電池受到了學界和產業界的極大關注，并被《Science》評選為2013年十大科學突破之一。鈣鈦礦太陽能電池在短短幾年里發展迅速，目前報道的鈣鈦礦太陽能電池的效率已經突破了20%。柔性太陽能電池作為太陽電池的一個新品種，近年來開始受到人們的重視，世界上許多公司競相開發研究。柔性太陽電池最大的特點是重量輕，可折疊，不易破碎，能夠安裝在流線型汽車的頂部，房屋等建筑物的樓頂與外墻面，應用前景光明。另一方面半透明太陽能電池在發電的同時，可以保證屋內采光要求，適用于大廈窗戶、外墻、天窗和屋頂等建筑結構。柔性半透明太陽能電池更是可以直接貼合在窗戶玻璃上，實現發電和采光的雙重功能。目前，有報道的鈣鈦礦太陽能電池絕大多數是硬質玻璃基板、完全不透明的，易破碎，不可折疊，難以滿足智能穿戴和窗戶、頂棚等特殊場合的采光要求。因此，開發柔性半透明鈣鈦礦太陽能電池具備重要的實際意義。
技術實現思路
針對現有技術的不足，本專利技術公開了一種柔性半透明鈣鈦礦太陽能的結構和制備方法，目的在于提供一種同時滿足柔性、半透明的高效率鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法。為實現上述目的，本專利技術所采用的技術方案為:一種柔性半透明鈣鈦礦太陽能電池，其特征在于，器件結構由下到上依次包括柔性透明襯底、電子傳輸層、吸光層、空穴傳輸層、透明電極層和電極保護層組成。更進一步的，所述的柔性透明襯底為生長有ITO或者FTO透明電極的柔性聚對苯二甲酸乙二醇酯塑料（PET）襯底。更進一步的，所述電子傳輸層為TiO2，TiO2厚度在25-30nm。更進一步的，所述的吸光層為CH3NH3PbI3，厚度在100-200nm。更進一步的，所述的空穴傳輸層為60nm的TPD與3nmHAT-CN的雙層復合結構。更進一步的，所述的后電極層為半透明的Ag電極或者Au電極，厚度為10-15nm.本專利技術還提供了上述柔性半透明鈣鈦礦太陽能電池的制方法，器件的制備包括以下步驟：(1)柔性透明襯底預處理：透明襯底采用異丙醇和玻璃清洗劑反復擦洗，接著在異丙醇和去離子水中分別超聲處理20分鐘，然后用干燥的氮氣吹干，最后紫外光照射10分鐘后待用；(2)TiO2電子傳輸層的低溫制備：將0.470ml的異丙醇鈦加入到0.123ml硝酸和2.5ml乙醇的混合溶液中，溫和攪拌；攪拌2個小時后加入0.114ml的去離子水，靜置1個小時后使用丙醇稀釋，獲得0.127M的TiO2分散液；取1ml的TiO2分散液，加入0.01ml質量分數75%的雙(乙酰丙酮基)二異丙基鈦酸酯的乙醇溶液，獲得TiO2前驅體溶液，使用勻膠機在柔性透明襯底上旋轉涂覆TiO2前驅體溶液，轉速3000-4000rpm，時間30秒，接著在空氣中135℃加熱板上退火處理10-90分鐘，獲得致密的TiO2電子傳輸層；(3)雙源共蒸法制備CH3NH3PbI3吸光層：首先將CH3NH3I3和PbI2分別裝入到真空鍍膜機的坩堝蒸發源內，接著將制備完TiO2電子傳輸層的襯底裝入真空鍍膜機中，置于蒸發源正上方20cm處，當真空鍍膜機的真空度下降到5×10-4Pa后開始通過CH3NH3I3和PbI2雙源共蒸的方法生長CH3NH3PbI3；雙源共蒸時，CH3NH3I3和PbI2的蒸發溫度分別控制為70℃和250℃；通過設于PbI2上方的石英晶振片監控吸光層的膜厚；(4)制備空穴傳輸層：在CH3NH3PbI3吸光層上通過熱蒸發的方法依次沉積60nm的TPD與3nmHAT-CN作為空穴傳輸層，其中TPD的沉積速率為0.06nm/s，HAT-CN沉積速率為0.01nm/s；(5)制備透明電極：在空穴傳輸層上通過熱蒸發或者濺射的方法沉積一層Ag或者Au作為透明電極，沉積速率為0.5nm/s；(6)制備電極保護層：在透明電極沉積20nmZnSe作為電極保護層，并完成器件的制作。本專利技術的一種柔性半透明鈣鈦礦太陽能電池，由長有ITO或者FTO的PET作為透明柔性基底、低溫工藝制備的致密TiO2作為電子傳輸層，雙源共蒸真空沉積的CH3NH3PbI3作為吸光層、TPD/HAT-CN復合結構作為空穴傳輸層和Ag或者Au作為透明電極，熱蒸發的一層ZnSe作為電極保護層所組成。本專利技術采用低溫方法制備出致密的TiO2層作為電子傳輸層，避免了傳統的高溫工藝，與柔性基底兼容，所得TiO2層，平整，致密，電子傳輸性能良好。采用雙源共蒸法制備鈣鈦礦太陽能電池，制備工藝極其簡單，鈣鈦礦薄膜也具有很好的均勻性和透光性，可以獲得性能優異且穩定的太陽能電池器件。本專利技術的太陽能電池結構簡單、成本低、效率高。同時實現了太陽能電池的半透明和柔性，既可以應用于智能穿戴，也可以集成在窗戶、屋頂、墻壁上，實現光伏建筑一體化。附圖說明圖1為本專利技術提供的一種柔性半透明鈣鈦礦太陽能電池結構示意圖；圖2為本專利技術的太陽能電池的制備流程。具體實施方式下面結合具體實施方式對本專利技術作進一步的說明。實施例一一種柔性半透明鈣鈦礦太陽能電池，器件結構示意圖如圖1所示，其特征在于，器件結構由下到上依次包括柔性透明襯底、電子傳輸層、吸光層、空穴傳輸層、透明電極層和電極保護層組成。更進一步的，所述的柔性透明襯底為生長有ITO透明電極的柔性聚對苯二甲酸乙二醇酯塑料（PET）襯底，其中ITO的厚度200-300nm，透光率大于80%。更進一步的，所述電子傳輸層為TiO2，TiO2厚度在25nm。更進一步的，所述的吸光層為CH3NH3PbI3，厚度在100nm。更進一步的，所述的空穴傳輸層為60nm的TPD與3nmHAT-CN的雙層復合結構。更進一步的，所述的后電極層為半透明的Au電極，厚度為10nm。本專利技術還提供了上述柔性半透明鈣鈦礦太陽能電池的制方法，器件的制備流程如圖2所示，器件的制備包括以下步驟：(1)柔性透明襯底預處理：透明襯底采用異丙醇和玻璃清洗劑反復擦洗，接著在異丙醇和去離子水中分別超聲處理20分鐘，然后用干燥的氮氣吹干，最后紫外光照射10分鐘后待用；(2)TiO2電子傳輸層的低溫制備：將0.470ml的異丙醇鈦加入到0.123ml硝酸和2.5ml乙醇的混合溶液中，溫和攪拌；攪拌2個小時后加入0.114ml的去離子水，靜置1個小時后使用丙醇稀釋，獲得0.127M的TiO2分散液；取1ml的TiO2分散液，加入0.01ml質量分數75%的雙(乙酰丙酮基)二異丙基鈦酸酯的乙醇溶液，獲得TiO2前驅體溶液，使用勻膠機在柔性透明襯底上旋轉涂覆TiO2前驅體溶液，轉速4000rpm，時間30秒，接著在空氣中135℃加熱板上退火處理10分鐘，獲得致密的TiO2電子傳輸層；(3)雙源共蒸法制備CH3NH3PbI3吸光層：首先將CH3NH3I3和PbI2分別裝入到真空鍍膜機的坩堝蒸發源內，接著將制備完TiO2電子傳輸層的襯底裝入真空鍍膜機中，置于蒸發源正上方20cm本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種柔性半透明鈣鈦礦太陽能電池，其特征在于，器件結構由下到上依次包括柔性透明襯底、電子傳輸層、吸光層、空穴傳輸層、透明電極層和電極保護層組成。

【技術特征摘要】
1.一種柔性半透明鈣鈦礦太陽能電池，其特征在于，器件結構由下到上依次包括柔性透明襯底、電子傳輸層、吸光層、空穴傳輸層、透明電極層和電極保護層組成。2.根據權利要求1所述的一種柔性半透明鈣鈦礦太陽能電池，其特征在于，所述的柔性透明襯底為生長有ITO或者FTO透明電極的柔性聚對苯二甲酸乙二醇酯塑料（PET）襯底。3.根據權利要求1所述的一種柔性半透明鈣鈦礦太陽能電池，其特征在于，所述電子傳輸層為TiO2，TiO2厚度在25-30nm。4.根據權利要求1所述的一種柔性半透明鈣鈦礦太陽能電池，其特征在于，所述的吸光層為CH3NH3PbI3，厚度在100-200nm。5.根據權利要求1所述的一種柔性半透明鈣鈦礦太陽能電池，其特征在于，所述的空穴傳輸層為60nm的TPD與3nmHAT-CN的雙層復合結構。6.根據權利要求1所述的一種柔性半透明鈣鈦礦太陽能電池，其特征在于，所述的后電極層為半透明的Ag電極或者Au電極，厚度為10-15nm。7.根據權利要求1所述的一種柔性半透明鈣鈦礦太陽能電池的制備包括如下步驟：(1)柔性透明襯底預處理：透明襯底采用異丙醇和玻璃清洗劑反復擦洗，接著在異丙醇和去離子水中分別超聲處理20分鐘，然后用干燥的氮氣吹干，最后紫外光照射10分鐘后待用；(2)TiO2電子傳輸層的低溫制備：將0.470ml的異丙醇鈦加入到0.123ml硝酸和2.5ml乙醇的混合溶液中，溫和攪拌；攪拌2個小時后加入0.114m...

【專利技術屬性】
技術研發人員：陳勝紅，
申請(專利權)人：陳勝紅，
類型：發明
國別省市：安徽,34