CN106935705A - 一种以MoO3 /PEDOT:PSS薄膜作为空穴传输层的钙钛矿光伏电池及其制备方法 - Google Patents

一种以MoO3 /PEDOT:PSS薄膜作为空穴传输层的钙钛矿光伏电池及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106935705A
CN106935705A CN201710149245.4A CN201710149245A CN106935705A CN 106935705 A CN106935705 A CN 106935705A CN 201710149245 A CN201710149245 A CN 201710149245A CN 106935705 A CN106935705 A CN 106935705A
Authority
CN
China
Prior art keywords
layer
pedot
moo
pss
photovoltaic cell
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
CN201710149245.4A
Other languages
English (en)
Inventor
晋佳佳
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.)
Wuhu Happy Intelligent Technology Co Ltd
Original Assignee
Wuhu Happy Intelligent Technology Co Ltd
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 Wuhu Happy Intelligent Technology Co Ltd filed Critical Wuhu Happy Intelligent Technology Co Ltd
Priority to CN201710149245.4A priority Critical patent/CN106935705A/zh
Publication of CN106935705A publication Critical patent/CN106935705A/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
    • H10K30/10—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation comprising heterojunctions between organic semiconductors and inorganic semiconductors
    • H10K30/15—Sensitised wide-bandgap semiconductor devices, e.g. dye-sensitised TiO2
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K71/00—Manufacture or treatment specially adapted for the organic devices covered by this subclass
    • H10K71/10—Deposition of organic active material
    • H10K71/12—Deposition of organic active material using liquid deposition, e.g. spin coating
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/30—Coordination compounds
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K2102/00—Constructional details relating to the organic devices covered by this subclass
    • 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
    • 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
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

本发明涉及一种以MoO3/PEDOT:PSS薄膜作为空穴传输层的钙钛矿光伏电池及其制备方法。本发明所述钙钛矿光伏电池由下到上依次包括透明导电衬底、MoO3/PEDOT:PSS空穴传输层、钙钛矿光敏层、电子传输层和反射电极组成。本发明所制备的MoO3/PEDOT:PSS空穴传输层作为有机材料PEDOT:PSS的改进，作用主要有：1、提高阳极功函数，促进空穴收集，提高了器件的能量转换效率；2、抑制PEDOT:PSS对电极的腐蚀作用，提高器件寿命。所述的MoO3/PEDOT:PSS空穴传输层完全采用溶液工艺通过旋转涂覆制备，操作简单、成本低廉、易于实现大面积生产。

Description

一种以MoO3/PEDOT:PSS薄膜作为空穴传输层的钙钛矿光伏电 池及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种以MoO3/PEDOT:PSS薄膜作为空穴传输层的钙钛矿光伏电池及其制备方法，属于薄膜材料与器件领域。
背景技术
近年来，为了解决日益严峻的能源和环境问题，人们把目光投向了新能源的开发和利用上。在各种新能源技术中，光伏发电无疑是最具有前景的方向之一。传统的硅基太阳能电池虽然实现了产业化，有着较为成熟的市场，但其性价比还无法与传统能源相竞争，并且制造过程中的污染和能耗问题影响了其广泛应用。因此，研究和发展高效率、低成本的新型太阳能电池十分必要。在众多的新型太阳能电池里，钙钛矿光伏电池近两年脱颖而出，自从2012年PARK课题组首次报道寿命500小时，效率达到9.7%的全固态钙钛矿光伏电池以来，钙钛矿光伏电池受到了学界和产业界的极大关注，发展迅速，还被《Science》评选为2013年十大科学突破之一。
钙钛矿光伏电池具有光吸收系数大、激子扩散长度长、载流子迁移率高等优点。典型的钙钛矿光伏电池的结构有两种：一种为介孔结构，另一种为平面结构。与介孔结构相比，平面结构钙钛矿电池结构简单，可在低温条件下制备。平面钙钛矿光伏电池就是在钙钛矿光敏层的前后分别加上电子传输层和空穴传输层形成三明治结构。在平面钙钛矿光伏电池中，使用最多的空穴传输材料是Poly(3,4-ethylene dioxythiophene): poly(styrenesulfonate) (PEDOT:PSS) 。虽然使用PEDOT:PSS作为空穴传输层的钙钛矿电池获得了较高的能量转换效率，但是由于PEDOT:PSS具有一定的酸性，其对ITO或者FTO电极会产生较强的腐蚀作用，造成器件寿命的下降。因此开发传输性能好，性质稳定的空穴传输层非常必要。
发明内容
本发明涉及一种以MoO3/PEDOT:PSS薄膜作为空穴传输层的钙钛矿光伏电池及其制备方法。针对现有技术的不足，目的在于提供一种MoO3/PEDOT:PSS薄膜作为空穴传输层的钙钛矿光伏电池及其制备方法。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种以MoO3/PEDOT:PSS薄膜作为空穴传输层的钙钛矿光伏电池，其特征在于，电池由下到上依次包括透明导电衬底、MoO3/PEDOT:PSS空穴传输层、钙钛矿光敏层、电子传输层和反射电极。
进一步的，上述方案中，所述的透明导电衬底为沉积有ITO、FTO、AZO的玻璃衬底或者柔性衬底。
进一步的，上述方案中，所述的光伏电池使用MoO3/PEDOT:PSS作为空穴传输层。
进一步的，上述方案中，所述的钙钛矿光敏层为CH3NH3PbI3、CH3NH3PbI3-xClx、CH3NH3PbBr3、CsPbI3、CsPbI3-xClx、CsPbBr3中的一种。
进一步的，上述方案中，所述的电子传输层为C60、C70、PCBM中的一种，作为改进，在制备电子传输层上继续制备一层Bphen、BCP、AlQ3中的一种作为电极修饰层。
进一步的，上述方案中，所述的反射电极为Al电极、Ag电极或者Au电极中的一种。
进一步的，上述方案中，器件的制备包括以下步骤：
(1)透明衬底采用丙酮、玻璃清洗剂依次清洗，丙酮、去离子水、异丙醇中各超声处理10分钟，氮气吹干后紫外灯照射处理10分钟；
(2)在透明衬底上制备MoO3层；MoO3层的制备使用浓度为1%-4%的钼酸铵(NH4)6Mo7O24–4H2O水溶液作为Mo源；
(3)在MoO3层上制备PEDOT:PSS层；
(4)在PEDOT:PSS层上制备钙钛矿光敏层；
(5)在钙钛矿光敏层上制备电子传输层；
(6)在钙钛矿光敏层上制备反射电极。
上述方案中，MoO3层的制备包括以下步骤：
(1)广口烧瓶中使用去离子水将定量的(NH4)6Mo7O24–4H2O溶解；
(2) 80℃条件下敞口搅拌60分钟；
(3)使用去离子水将所得溶液稀释，获得不同浓度的网MoO3前驱体溶液；
(4)在透明衬托上旋转涂覆MoO3前驱体溶液，转速4000转/秒，时间30 秒；
(5)100℃加热板退火10分钟。
本发明的有益效果如下：本发明所制备的MoO3/PEDOT:PSS空穴传输层作为有机材料PEDOT:PSS的改进，至少具有以下作用：(1)MoO3具备较高的功函数，制备在透明电极上，可以提高电极的功函数，促进空穴的收集，从而提高器件的能量转换效率；(2) MoO3的引入可以避免PEDOT:PSS层与透明电极的接触，抑制PEDOT:PSS对电极的腐蚀作用，提高器件寿命。所述的MoO3/PEDOT:PSS空穴传输层完全采用溶液工艺通过旋转涂覆制备，操作简单、成本低廉、易于实现大面积生产。
附图说明
图1为本发明的光伏电池的器件结构示意图；1为透明导电衬底，2为MoO3/PEDOT:PSS空穴传输层，3为钙钛矿光敏层，4为电子传输层，5为射电极。
图2为本发明空穴传输层结构示意图；6为MoO3层、7为PEDOT:PSS层。
具体实施方式
实例一：
一种以MoO3/PEDOT:PSS薄膜作为空穴传输层的钙钛矿光伏电池及其制备方法，如图1所示的电池的器件结构为ITO/MoO3/PEDOT:PSS/ CH3NH3PbI3/ C60/Bphen/Ag，其中电池的空穴传输层如图2所示，为MoO3/PEDOT:PSS薄膜的复合空穴传输层，器件的制备包括步骤：第一步：基底清洗： ITO导电玻璃使用丙酮、玻璃清洗剂依次清洗，丙酮、去离子水、异丙醇中各超声处理10分钟，氮气吹干后紫外灯照射处理10分钟。第二步：空穴传输层沉积：首先制备MoO3层：(1)广口烧瓶中使用去离子水将钼酸铵(NH4)6Mo7O24–4H2O溶解； (2) 80℃条件下敞口搅拌60分钟； (3) 使用去离子水将所得溶液稀释到质量分数2%；(4)在透明衬托上旋转涂覆MoO3前驱体溶液，转速4000转/秒，时间30 秒； (5)100℃加热板退火10分钟。其次制备PEDOT:PSS层：在MoO3基底上旋转涂覆PEDOT:PSS空穴传输层，转速：低俗500转/秒 5 秒，高速4000转/秒 35秒。涂覆完毕后120℃退火处理20分钟。获得的PEDOT:PSS空穴传输层的厚度在40 nm左右。第三步：钙钛矿吸光层沉积；使用两步法，按照以下方法制备钙钛矿光敏层。(1)配置460 mg/ml PbI2溶液，溶剂为二甲基甲酰胺DMF、50 mg/ml CH3NH3I溶液,溶剂为异丙醇；60℃条件下溶解12小时。(2)在PEDOT:PSS空穴传输层上旋转涂覆PbI2溶液，转速2000转/秒，时间 30秒。100℃加热板上干燥三分钟。获得致密的PbI2薄膜。(3)在PbI2上旋转涂覆50 mg/ml 的CH3NH3I溶液。转速3000转/秒，时间 30秒。(4)100℃加热板上退火60分钟，获得结晶性能良好的CH3NH3PbI3钙钛矿光敏层。第四步：在钙钛矿光敏层上制备电子传输层；打开超高真空沉积系统，装入生长好CH3NH3PbI3钙钛矿光敏层的衬底和电子传输层材料C60和电极修饰材料Bphen；超高真空沉积系统抽真空至压力小于10-4Pa后，开始真空沉积C60电子传输层；使用石英晶振片监控电子传输层的膜厚，C60膜厚在40 nm，沉积速率控制在0.1nm/s。在C60电子传输层上继续沉积5 nm Bphen层作为电极修饰层。第五步：电极修饰层上沉积100 nm Ag作为反射电极。第六步：测试；在AM1.5模拟太阳光下对器件进行光伏性能测试，获得的以MoO3/PEDOT:PSS薄膜作为空穴传输层的钙钛矿光伏电池的光伏参数为短路电流21.2mA/cm2，开路电压0.940V，填充因子0.70，能量转换效率13.9%。黑暗条件下存储2个月，器件效率保持了初始效率的80%，证明器件稳定性良好。而单使用PEDOT:PSS作为空穴传输层的对比器件(器件结构：ITO/PEDOT:PSS/ CH3NH3PbI3/ C60/Bphen/Ag)能量转换效率为10.2%，黑暗条件下存储2个月，对比器件保持的能量转换效率低于初始效率的30%，证明MoO3/PEDOT:PSS薄膜作为空穴传输层能够显著提高器件的能量转化效率和寿命。

Claims (8)

1.一种以MoO3/PEDOT:PSS薄膜作为空穴传输层的钙钛矿光伏电池，其特征在于，电池由下到上依次包括透明导电衬底、MoO3/PEDOT:PSS空穴传输层、钙钛矿光敏层、电子传输层和反射电极。
2.如权利要求1所述的光伏电池，其特征在于，所述的透明导电衬底为沉积有ITO、FTO、AZO的玻璃衬底或者柔性衬底。
3.如权利要求1所述的光伏电池，其特征在于，所述的光伏电池使用MoO3/PEDOT:PSS薄膜作为空穴传输层。
4.如权利要求1所述的光伏电池，其特征在于，所述的钙钛矿光敏层为CH3NH3PbI3、CH3NH3PbI3-xClx、CH3NH3PbBr3、CsPbI3、CsPbI3-xClx、CsPbBr3中的一种。
5.如权利要求1所述的光伏电池，其特征在于，所述的电子传输层为C60、C70、PCBM中的一种；作为改进，在制备的电子传输层上继续制备Bphen、BCP、AlQ3中的一种作为电极修饰层。
6.如权利要求1所述的光伏电池，其特征在于，所述的反射电极为Al电极、Ag电极或者Au电极中的一种。
7.如权利要求1所述的光伏电池的制备方法，其特征在于，器件的制备包括以下步骤：
(1)透明衬底采用丙酮、玻璃清洗剂依次清洗，丙酮、去离子水、异丙醇中各超声处理10分钟，氮气吹干后紫外灯照射处理10分钟；
(2)在透明衬底上制备MoO3层；MoO3层的制备使用浓度为1%-4%的钼酸铵(NH4)6Mo7O24–4H2O水溶液作为Mo源；
(3)在MoO3层上制备PEDOT:PSS层；
(4)在PEDOT:PSS层上制备钙钛矿光敏层；
(5)在钙钛矿光敏层上制备电子传输层；
(6)在钙钛矿光敏层上制备反射电极。
8.如权利要求1、7中所述的光伏电池及其制备方法，其特征在于，MoO3层的制备包括以下步骤：
(1)广口烧瓶中使用去离子水将定量的钼酸铵(NH4)6Mo7O24–4H2O溶解；
(2) 80℃条件下敞口搅拌60分钟；
(3)使用去离子水将所得溶液稀释，获得不同浓度的MoO3前驱体溶液；
(4)在透明衬底上旋转涂覆MoO3前驱体溶液，转速4000转/秒，时间30 秒；
(5)100℃加热板退火10分钟。
CN201710149245.4A 2017-03-14 2017-03-14 一种以MoO3 /PEDOT:PSS薄膜作为空穴传输层的钙钛矿光伏电池及其制备方法 Pending CN106935705A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710149245.4A CN106935705A (zh) 2017-03-14 2017-03-14 一种以MoO3 /PEDOT:PSS薄膜作为空穴传输层的钙钛矿光伏电池及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710149245.4A CN106935705A (zh) 2017-03-14 2017-03-14 一种以MoO3 /PEDOT:PSS薄膜作为空穴传输层的钙钛矿光伏电池及其制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN106935705A true CN106935705A (zh) 2017-07-07

Family

ID=59433120

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710149245.4A Pending CN106935705A (zh) 2017-03-14 2017-03-14 一种以MoO3 /PEDOT:PSS薄膜作为空穴传输层的钙钛矿光伏电池及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106935705A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107611267A (zh) * 2017-09-07 2018-01-19 济南大学 一种柔性可穿戴纸基钙钛矿太阳能电池的构建方法
CN112768611A (zh) * 2021-01-11 2021-05-07 陈云 一种反式有机无机杂化钙钛矿太阳能电池的制备方法
CN113707810A (zh) * 2021-09-24 2021-11-26 嘉兴学院 以AuNCs掺杂PEDOT：PSS为空穴传输层的含锡钙钛矿太阳能电池及其制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106025086A (zh) * 2016-06-05 2016-10-12 吉林大学 一种基于双电子和双空穴传输层的有机太阳能电池及其制备方法
US20160315277A1 (en) * 2015-04-27 2016-10-27 Korea Institute Of Science And Technology Moisture barrier film for organic-inorganic hybrid perovskite photovoltaic cell including ionic polymer, photovoltaic cell including the moisture barrier film and method for fabricating the photovoltaic cell
JP2017050426A (ja) * 2015-09-02 2017-03-09 株式会社日本触媒 有機無機ペロブスカイト太陽電池の正孔輸送層用添加剤

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160315277A1 (en) * 2015-04-27 2016-10-27 Korea Institute Of Science And Technology Moisture barrier film for organic-inorganic hybrid perovskite photovoltaic cell including ionic polymer, photovoltaic cell including the moisture barrier film and method for fabricating the photovoltaic cell
JP2017050426A (ja) * 2015-09-02 2017-03-09 株式会社日本触媒 有機無機ペロブスカイト太陽電池の正孔輸送層用添加剤
CN106025086A (zh) * 2016-06-05 2016-10-12 吉林大学 一种基于双电子和双空穴传输层的有机太阳能电池及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
FUHUA HOU等: "Efficient and stable planar heterojunction perovskite solar cells with an MoO3/PEDOT:PSShole transporting layer", 《NANOSCALE》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107611267A (zh) * 2017-09-07 2018-01-19 济南大学 一种柔性可穿戴纸基钙钛矿太阳能电池的构建方法
CN112768611A (zh) * 2021-01-11 2021-05-07 陈云 一种反式有机无机杂化钙钛矿太阳能电池的制备方法
CN113707810A (zh) * 2021-09-24 2021-11-26 嘉兴学院 以AuNCs掺杂PEDOT：PSS为空穴传输层的含锡钙钛矿太阳能电池及其制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105789444B (zh) 一种基于真空蒸发镀膜法的钙钛矿太阳能电池及其制备方法
CN107611190A (zh) 一种耐弯折钙钛矿太阳能电池及制备方法
CN108321298B (zh) 一种高效率平面异质结钙钛矿薄膜太阳能电池及制备方法
CN106953014B (zh) 一种以酞菁铜作为空穴传输层的杂化太阳能电池结构与制备方法
CN105024013A (zh) 一种新型的低温溶液法制备的高效率长寿命的平面异质结钙钛矿太阳能电池
CN104134720A (zh) 单源闪蒸法生长有机无机杂化钙钛矿材料及其平面型太阳能电池的制备方法
CN103746077A (zh) 一种有机无机复合的太阳能电池及其制备方法
CN109980090A (zh) 一种高效三元有机太阳电池及其制备方法
CN108666424B (zh) 一种基于醋酸甲胺室温熔盐作绿色溶剂制备钙钛矿太阳能电池及其方法和应用
CN105810831A (zh) 一种铅锡混合钙钛矿薄膜、其制备方法及应用
CN106935705A (zh) 一种以MoO3 /PEDOT:PSS薄膜作为空穴传输层的钙钛矿光伏电池及其制备方法
CN107170894B (zh) 一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法
CN115020596A (zh) 一种双层电子传输层及其钙钛矿太阳能电池及其制备方法和应用
CN111081883B (zh) 一种高效稳定的平面异质结钙钛矿太阳能电池及制备方法
CN111029470B (zh) 基于纳米草状介孔层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法
CN107123741A (zh) 一种酞菁染料敏化的CsPbBr3光伏电池及其制造方法
CN110098335A (zh) 一种基于离子液修饰空穴传输层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法
CN103280528B (zh) 一种聚合物太阳能电池
CN105098079A (zh) 基于双层阴极缓冲层的有机薄膜太阳能电池及其制备方法
CN111223993B (zh) 一种高开路电压的半透明钙钛矿太阳能电池
CN108023018A (zh) 基于带隙连续可调控的倒置钙钛矿太阳电池的制备方法
CN104916714B (zh) 以La‑TiO2为电子传输层的有机光伏电池及其制备方法
CN105070838B (zh) 一种多重取向有序结晶的钙钛矿型太阳能电池及其制备方法
CN106898698A (zh) 一种以铝和氯化钠作为阴极缓冲层的倒置有机太阳能电池及其制备方法
CN109817811A (zh) 免退火、免反溶剂的钙钛矿光伏器件及其制备方法

Legal Events

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

Application publication date: 20170707