CN106252514A - 一种以黑磷‑银‑石墨烯叠层为空穴传输层的钙钛矿太阳能电池及制备方法 - Google Patents

一种以黑磷‑银‑石墨烯叠层为空穴传输层的钙钛矿太阳能电池及制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106252514A
CN106252514A CN201610785055.7A CN201610785055A CN106252514A CN 106252514 A CN106252514 A CN 106252514A CN 201610785055 A CN201610785055 A CN 201610785055A CN 106252514 A CN106252514 A CN 106252514A
Authority
CN
China
Prior art keywords
layer
black phosphorus
graphene
hole transmission
silver
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201610785055.7A
Other languages
English (en)
Inventor
戚明海
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to CN201610785055.7A priority Critical patent/CN106252514A/zh
Publication of CN106252514A publication Critical patent/CN106252514A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H10K30/80—Constructional details
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/549—Organic PV cells

Abstract

本发明属于太阳能电池领域，具体涉及一种以黑磷‑银‑石墨烯叠层为空穴传输层的钙钛矿太阳能电池，其结构为在空穴传输层上依次为钙钛矿结构吸光层、电子传输层和透明导电电极，正电极制备在空穴传输层的背面，空穴传输层为黑磷‑银‑石墨烯叠层；本发明同时还提供了该太阳能电池的制备方法，在本发明中，通过由黑磷‑银‑石墨烯叠层构成的空穴传输层比有机物作为空穴传输层，具有更优异的化学稳定性和较低的成本，且能提高太阳能电池的输出功率和光电转换效率，此外，在黑磷和石墨烯之间形成一层银，能提高黑磷和石墨烯的键合，并提高太阳能电池的结构稳定性。

Description

一种以黑磷-银-石墨烯叠层为空穴传输层的钙钛矿太阳能电 池及制备方法
技术领域
本发明属于太阳能电池领域，具体涉及一种以黑磷-银-石墨烯叠层为空穴传输层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。
背景技术
随着传统能源的消耗，能源危机及环境问题已经成为当前世界面临的严重问题，绿色、安全、取之不尽的太阳能使光伏发电成为解决人类能源危机与环境污染的理想方案。高的光电转换效率和低的制造成本是能普及推广光伏发电的前提条件。因此，兼具高效率和低成本的太阳能电池是人们在能源领域不断追求的目标。
在现在太阳能实际应用中，硅光电池以其成熟的工艺，较高的光电转化效率在各类光伏器件中占主导地位。但其昂贵的价格限制了硅电池的广泛应用。目前，商用太阳能电池市场上占主导地位的硅太阳能电池仍不能满足低成本的要求。而2009年出现的以具有钙钛矿晶体结构的有机金属卤化物为吸光层的太阳能电池（简称钙钛矿太阳能电池）近年来快速发展，2013年其实验室光电转换效率已达到15%，并有望在未来几年突破20%，其高效率，低成本的特点使其成为最具市场潜力的新型太阳能电池。
钙钛矿太阳能电池由透明导电电极、电子传输层、钙钛矿结构吸光层、空穴传输层和正电极组成。目前广泛使用的空穴传输层是大分子有机物，而其成本高，稳定性差，从而限制了钙钛矿电池长期使用的要求。因此，采用稳定性较好的无机物作为钙钛矿太阳能电池的空穴传输层对于推进钙钛矿太阳能电池的实际应用具有很大的意义。
黑磷是一种直接带隙材料，并且能量带隙是可控的。黑磷材料的光电学特性与其层数或厚度有着密切关联，此外，黑磷还具有高载流子迁移率(～1000cm2/Vs)和开关比(>105)，以及可调谐直接带隙(0.3—2eV)等优异性能，弥补了石墨烯的零带隙、过渡金属硫族化物(TMDs)载流子迁移率过低的性能缺陷。实验证明，黑磷材料具有超快的载流子恢复时间(见文献Y.W.Wang,et al.Ultrafast recovery time and broadband saturableabsorption properties of black phosphorus suspension.Applied Physics Letters,vol.107,2015)，从可见光到中红外光波段，其损伤阈值较高，且多原子层黑磷材料相对容易制备得到。
石墨是一种无机物质，化学组分主要为碳，通常为鳞片状，呈铁黑至铜灰色，有滑腻感，易弯曲，无弹性能完全解离。石墨烯是指单层碳原子六角网格平面构成的片层。石墨烯具有许多材料所不具备的特性，他是零带隙半导体，具有独特的载流子特性、零质量的狄拉克—费米子行为、完美的量子隧穿效应、半整数的量子霍尔效应等等……，石墨烯是一种备受关注的新型材料。
发明内容
本发明的目的是提供一种以黑磷-银-石墨烯叠层作为钙钛矿太阳能电池空穴传输层的设计方案。
本发明的设计方案在于该太阳能电池的吸光层与正电极之间的空穴传输层为黑磷-银-石墨烯叠层。该钙钛矿太阳能电池其结构为：在空穴传输层4上依次为钙钛矿结构吸光层3、电子传输层2和透明导电电极1，正电极5制备在空穴传输层4的背面，其中，空穴传输层为黑磷-银-石墨烯叠层。
进一步的，钙钛矿太阳能电池的所述由黑磷-银-石墨烯叠层构成的空穴传输层4的厚度为1nm-300nm。
进一步的，在由黑磷-银-石墨烯叠层构成的空穴传输层4中，黑磷和石墨烯中掺杂有二氧化锰。
以黑磷-银-石墨烯叠层为空穴传输层的钙钛矿太阳能电池的制备方法；具体如下：首先，在透明导电电极1上采用水热法或原子层沉积或旋涂工艺制备电子传输层2；接着采用旋涂工艺制备钙钛矿结构吸光层3；然后旋涂方法制备黑磷层，然后在黑磷层上通过溅射的方法形成银层，之后在正电极上通过化学气相沉积石墨烯，之后将石墨烯键合到银层，形成完整的太阳能电池。
本发明的优点在于：由黑磷-银-石墨烯叠层构成的空穴传输层比有机物作为空穴传输层具有更优异的化学稳定性和较低的成本，且提高太阳能电池的输出功率和光电转换效率，此外，由于黑磷和石墨烯之间的键合力较弱，在黑磷和石墨烯之间形成一层银，能提高黑磷和石墨烯的键合，以提高太阳能电池的结构稳定性，另一方面银具有良好的散热和导电能力，在提高导电能力的同时，能降低太阳能电池的温度，防止太阳能电池的热衰减。另外，在黑磷层和石墨烯层中可掺杂有二氧化锰，由于黑磷层、银层和石墨烯层之间能带的影响，产生的光生载流子容易聚集在银层的两侧，通过在黑磷层和石墨烯层中掺杂二氧化锰能加速光生载流子的迁移，提高光电转换效率。
附图说明
图1为本发明的以黑磷-银-石墨烯为空穴传输层的钙钛矿太阳能电池结构示意图。
图2为本发明的空穴传输层的结构示意图。
具体实施方式
实施例1：
如图1所示，钙钛矿太阳能电池结构为：透明导电电极（1）和依次层叠于该电极上的电子传输层（2）、钙钛矿结构吸光层（3）、黑磷-银-石墨烯空穴传输层（4）和正电极（5）。 其中，透明导电电极为铟锡氧化物，电子传输层为ＺｎＯ，钙钛矿结构吸光层为ＣＨ３ＮＨ３ＰｂＩ３层，正电极为金电极层或银电极层。
实施例2：
钙钛矿太阳能电池结构的制造方法为：步骤1，通过常规沉积、溅射或者旋涂法在透明导电电极上依次形成电子传输层、钙钛矿结构吸光层；步骤2，在隔绝空气的情况下，取黑磷进行研磨，并将研磨后的黑磷分散在有机溶剂中（有机溶剂包括N-甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亚砜(DMSO)、丙酮、四氢呋喃、无水乙醇、甲醇、异丙醇、三氯甲烷和二氯甲烷中的一种或多种），得到浓度为0.6～1.2mg/mL的分散液；将所述分散液先在功率为1000～1400W下进行探针式超声2～4小时，然后在功率为200～400W下进行水浴超声8～12小时；超声完毕后，离心，收集上清液； 步骤3，将收集的上清液与聚酰亚胺以1:1的比例混合，之后将混合物通过旋涂法形成于钙钛矿结构吸光层上，并在200-400摄氏度的条件下烘烤30~50分钟，形成黑磷层(A)（如图2所示）；步骤4，利用溅射法在黑磷层上形成银层(B), 步骤5，通过化学气相沉积法在正电极上形成石墨烯层(C)；步骤6，通过键合法，将具有石墨烯的正电极键合于银层上形成完整的钙钛矿太阳能电池。
实施例3：
钙钛矿太阳能电池结构的制造方法为：步骤1，通过常规沉积、溅射或者旋涂法在透明导电电极上依次形成电子传输层、钙钛矿结构吸光层；步骤2，在隔绝空气的情况下，取黑磷进行研磨，并将研磨后的黑磷分散在有机溶剂中（有机溶剂包括N-甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亚砜(DMSO)、丙酮、四氢呋喃、无水乙醇、甲醇、异丙醇、三氯甲烷和二氯甲烷中的一种或多种），得到浓度为0.6～1.2mg/mL的分散液；将所述分散液先在功率为1000～1400W下进行探针式超声2～4小时，然后在功率为200～400W下进行水浴超声8～12小时；超声完毕后，离心，收集上清液； 步骤3，将收集的上清液与聚酰亚胺以1:1的比例混合，之后将混合物通过旋涂法形成于钙钛矿结构吸光层上，并在200-400摄氏度的条件下烘烤30~50分钟，形成黑磷层(A)（如图2所示），其中，在形成黑磷层后，使用0.3%的高锰酸钾溶液浸泡清洗5分钟，然后通过离子注入或扩散法向黑磷层中扩散二氧化锰；步骤4，利用溅射法在黑磷层上形成银层(B), 步骤5，通过化学气相沉积法在正电极上形成石墨烯层（C），之后使用0.3%的高锰酸钾溶液将石墨烯层浸泡清洗5分钟，然后通过离子注入或扩散法向黑磷层中扩散二氧化锰；步骤6，通过键合法，将具有石墨烯的正电极键合于银层上形成完整的钙钛矿太阳能电池。

Claims (6)

1.一种以黑磷-银-石墨烯叠层为空穴传输层的钙钛矿太阳能电池，其结构为：在空穴传输层上依次为钙钛矿结构吸光层、电子传输层和透明导电电极，正电极制备在空穴传输层的背面，其特征在于，空穴传输层为黑磷-银-石墨烯叠层。
2.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于， 所述的黑磷空穴传输层（4）的厚度为1nm-300nm。
3.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，在由黑磷-银-石墨烯叠层构成的空穴传输层中，黑磷和石墨烯中掺杂有二氧化锰。
4.一种以黑磷-银-石墨烯叠层为空穴传输层的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于：
步骤1，通过常规沉积、溅射或者旋涂法在透明导电电极是依次形成电子传输层、钙钛矿结构吸光层；
步骤2，在隔绝空气的情况下，取黑磷进行研磨，并将研磨后的黑磷分散在有机溶剂中得到浓度为0.6～1.2mg/mL的分散液；将所述分散液先在功率为1000～1400W下进行探针式超声2～4小时，然后在功率为200～400W下进行水浴超声8～12小时；超声完毕后，离心，收集上清液；
步骤3，将收集的上清液与聚酰亚胺以1:1的比例混合，之后将混合物通过旋涂法形成于钙钛矿结构吸光层上，并在200-400摄氏度的条件下烘烤30~50分钟，形成黑磷层；
步骤4，利用溅射法在黑磷层上形成银层；
步骤5，通过化学气相沉积法在正电极上形成石墨烯层(C)；
步骤6，通过键合法，将具有石墨烯的正电极键合于银层上。
5.根据权利要求4所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，正电极可为金或银。
6.根据权利要求4所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，在形成黑磷层或石墨烯层之后，可分别使用0.3%的高锰酸钾溶液浸泡清洗5分钟，然后通过离子注入或扩散法向黑磷层或石墨层中扩散二氧化锰。
CN201610785055.7A 2016-08-30 2016-08-30 一种以黑磷‑银‑石墨烯叠层为空穴传输层的钙钛矿太阳能电池及制备方法 Pending CN106252514A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610785055.7A CN106252514A (zh) 2016-08-30 2016-08-30 一种以黑磷‑银‑石墨烯叠层为空穴传输层的钙钛矿太阳能电池及制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610785055.7A CN106252514A (zh) 2016-08-30 2016-08-30 一种以黑磷‑银‑石墨烯叠层为空穴传输层的钙钛矿太阳能电池及制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN106252514A true CN106252514A (zh) 2016-12-21

Family

ID=58080526

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610785055.7A Pending CN106252514A (zh) 2016-08-30 2016-08-30 一种以黑磷‑银‑石墨烯叠层为空穴传输层的钙钛矿太阳能电池及制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106252514A (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107104190A (zh) * 2017-06-23 2017-08-29 中南大学 一种柔性钙钛矿太阳能电池及其制备方法
CN107732016A (zh) * 2017-11-20 2018-02-23 苏州黎元新能源科技有限公司 一种高稳定性钙钛矿太阳能电池
CN111378442A (zh) * 2018-12-29 2020-07-07 Tcl集团股份有限公司 复合材料及其制备方法
CN117500294A (zh) * 2023-12-29 2024-02-02 临沂力诚新能源有限公司 一种钙钛矿晶硅hjt叠层电池

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102751105A (zh) * 2012-06-26 2012-10-24 北京交通大学 一种染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法
US20130186860A1 (en) * 2011-04-07 2013-07-25 The Government Of The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy Formation of Graphene on a Surface
CN104332607A (zh) * 2014-08-15 2015-02-04 重庆大学 一种表面修饰二氧化钛-石墨烯复合物的制备方法
WO2015163619A1 (ko) * 2014-04-21 2015-10-29 이윤택 그래핀의 제조방법 및 그래핀 원자층이 식각되는 그래핀 제조방법 및 웨이퍼결합방법을 구비하는 그래핀 굽힘 트랜지스터, 및 그래핀 굽힘 트랜지스터
CN105047825A (zh) * 2015-08-07 2015-11-11 常州大学 一种有机/无机钙钛矿电池及其制备方法
CN105280594A (zh) * 2014-06-16 2016-01-27 三星电子株式会社 石墨烯-金属接合结构、其制造方法和半导体器件
CN105742394A (zh) * 2016-02-29 2016-07-06 北京邮电大学 一种基于黑磷/石墨烯异质结构的紫外探测器及其制备方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130186860A1 (en) * 2011-04-07 2013-07-25 The Government Of The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy Formation of Graphene on a Surface
CN102751105A (zh) * 2012-06-26 2012-10-24 北京交通大学 一种染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法
WO2015163619A1 (ko) * 2014-04-21 2015-10-29 이윤택 그래핀의 제조방법 및 그래핀 원자층이 식각되는 그래핀 제조방법 및 웨이퍼결합방법을 구비하는 그래핀 굽힘 트랜지스터, 및 그래핀 굽힘 트랜지스터
CN105280594A (zh) * 2014-06-16 2016-01-27 三星电子株式会社 石墨烯-金属接合结构、其制造方法和半导体器件
CN104332607A (zh) * 2014-08-15 2015-02-04 重庆大学 一种表面修饰二氧化钛-石墨烯复合物的制备方法
CN105047825A (zh) * 2015-08-07 2015-11-11 常州大学 一种有机/无机钙钛矿电池及其制备方法
CN105742394A (zh) * 2016-02-29 2016-07-06 北京邮电大学 一种基于黑磷/石墨烯异质结构的紫外探测器及其制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ROSTISLAV A. DOGANOV: "Transport properties of pristine few-layer black phosphorus by van der Waals passivation in an inert atmosphere", 《NATURE COMMUNICATIONS》 *
YANG Y等: "Black Phosphorus Based Photocathodes in Wideband Bifacial Dye-Sensitized Solar Cells", 《ADV MATER.》 *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107104190A (zh) * 2017-06-23 2017-08-29 中南大学 一种柔性钙钛矿太阳能电池及其制备方法
CN107104190B (zh) * 2017-06-23 2019-05-21 中南大学 一种柔性钙钛矿太阳能电池及其制备方法
CN107732016A (zh) * 2017-11-20 2018-02-23 苏州黎元新能源科技有限公司 一种高稳定性钙钛矿太阳能电池
CN111378442A (zh) * 2018-12-29 2020-07-07 Tcl集团股份有限公司 复合材料及其制备方法
CN117500294A (zh) * 2023-12-29 2024-02-02 临沂力诚新能源有限公司 一种钙钛矿晶硅hjt叠层电池
CN117500294B (zh) * 2023-12-29 2024-03-26 临沂力诚新能源有限公司 一种钙钛矿晶硅hjt叠层电池

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102570856B1 (ko) 페로브스카이트 태양전지 및 이를 포함하는 탬덤 태양전지
CN106129259B (zh) 一种以黑磷和石墨烯为空穴传输层的钙钛矿太阳能电池及制备方法
Huang et al. Facile fabrication of highly efficient ETL-free perovskite solar cells with 20% efficiency by defect passivation and interface engineering
CN106129256B (zh) 一种以黑磷为空穴传输层的钙钛矿太阳能电池及制备方法
CN108767118B (zh) 一种三元全聚合物太阳能电池
US7157641B2 (en) Organic photovoltaic cells with an electric field integrally-formed at the heterojunction interface
CN106252514A (zh) 一种以黑磷‑银‑石墨烯叠层为空穴传输层的钙钛矿太阳能电池及制备方法
CN104409642A (zh) 一种钙钛矿/p型量子点复合结构太阳能电池的制备方法
CN105047826A (zh) 一种在钙钛矿层中掺入硫化镉的钙钛矿太阳能电池及其制备方法
CN102136372B (zh) 一种经离子注入处理的染料敏化太阳能电池及其制备方法
CN108123046A (zh) 一种钙钛矿/n型晶体硅叠层太阳电池及其制造方法
CN103694645A (zh) PbS量子点/石墨烯/P3HT复合材料及制备方法
CN109935697A (zh) 一种以In2Se3掺杂PEDOT:PSS为空穴传输层的有机太阳能电池及其制备方法
CN113410390A (zh) 一种钙钛矿/perc两端叠层电池及其制备方法
Gao et al. High‐Efficiency Graphene‐Oxide/Silicon Solar Cells with an Organic‐Passivated Interface
CN107565027A (zh) 一种基于纳米洋葱碳：pc61bm复合电子传输层的钙钛矿太阳能电池
KR102591913B1 (ko) 태양전지
KR102474480B1 (ko) 태양전지의 제조 방법
CN102280590A (zh) 一种基于胶体量子点及石墨烯为光阳极的太阳电池及其制备方法
Zhou et al. Luminescent, Wide-Band Gap Solar Cells with a Photovoltage up to 1.75 V through a Heterostructured Light-Absorbing Layer
CN105655443A (zh) 一种基于光致场诱导效应增强太阳能电池效率的方法
CN206250221U (zh) 一种宽光谱吸收的钙钛矿太阳电池
CN109244241A (zh) 一种CSPbBr3掺杂有机太阳能电池及其制备方法
CN109075218A (zh) 一种太阳能异质结电池及其制备方法
CN204927356U (zh) 一种改良型纳米氧化锌片阵列钙钛矿型太阳能电池

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20161221

RJ01 Rejection of invention patent application after publication