CN107068866A - 一种半透明钙钛矿太阳能电池及其组装技术 - Google Patents

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Abstract

本发明属于半导体光电子技术领域，具体为一种半透明钙钛矿太阳能电池及其组装技术，该电池结构从下至上依次为第一透明电极基板、电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输层、第二透明电极基板，其中第二透明电极基板具体为导电层/光减反层复合结构，其中导电层为超薄金属Ag、银纳米线或石墨烯；光减反层为MoO3或MgF2,其中除钙钛矿层为半透明结构外，其它层均为透明结构，从而有效提高了电池整体平均透过率，各层间形成良好的能级匹配，降低了电池整体的串联电阻，进而提高电池的光电转换效率、稳定性等。同时，本发明采用全新的透明电极，摒弃了传统透明电极ITO中原材料日益稀缺的不足，其优化的性能和稳定的结构为半透明钙钛矿太阳能电池的商业化应用提供了新的思路。

Description

一种半透明钙钛矿太阳能电池及其组装技术
技术领域
本发明属于薄膜太阳能电池制备的技术领域，特别涉及一种半透明钙钛矿太阳能电池及其组装技术。
背景技术
随着人类文明的不断进步和社会经济的飞速发展，人类对能源的需求量不断增长。同时，石油、煤、天然气等化石燃料都是不可再生资源并且储备量有限，因此对于新能源的研究尤其是对太阳能的研究成了世界关注的焦点。然而硅基和薄膜太阳能电池的高成本，有机太阳能电池的低效率，染料敏化太阳电池的不稳定性使得太阳能电池的发展前景不容乐观。钙钛矿太阳能电池自2009年第一次报道以来，能量转换效率日新月异，由最初的3.8%提升到了22.1%。钙钛矿太阳能电池的横空出世为太阳能电池的发展带来了新希望。
当前，大多数太阳能电池都是不透明的，但就某些应用方面的研究可见，半透明太阳能电池有着巨大的应用前景。例如，建筑表面或玻璃表面的能源装置以及数码电子产品（如笔记本电脑）、汽车挡风玻璃、户外和家用设备（如玻璃窗，百叶窗帘）当中，既可透光又能够发电，合理利用光能，特别适合制作高效率蓝色、紫外发光和探测器等光电器件以及太阳能电池等。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现存的技术不足，利用透明电极和半透明钙钛矿吸光层实现半透明钙钛矿太阳能电池的制备。技术本身旨在发明一种新型半透明电池，区别于过去不透明电池。
本发明公开了一种半透明钙钛矿太阳能电池的组装技术，该电池结构从下至上依次为第一透明电极基板、电子传输层、吸光层、空穴传输层、第二透明电极基板。
上述吸光层由ABX3型钙钛矿材料形成，其中A选自CH3NH3 +,B选自Pb2+，X选自Cl-和I-的混合物。
上述第一透明电极基板为ITO、FTO等透明导电电极,电子传输层为无机TiO2、ZnO或有机PCBM等，均为透明结构。
上述空穴传输层为MoO3、NiO或CuI等半导体材料，厚度为10nm；第二透明电极基板为导电层/光减反层复合结构，其中导电层为超薄金属Ag、银纳米线电极或石墨烯透明电极，厚度为10nm；光减反层为MoO3或MgF2等，厚度为40nm。
本发明采用全新的透明电极，摒弃了传统透明电极ITO中原材料日益稀缺的不足，其优化的性能和稳定的结构为半透明钙钛矿太阳能电池的商业化应用提供了新的思路。
本发明还提供了一种半透明钙钛矿太阳能电池的组装技术，具体步骤如下：
（1）将FTO透明导电玻璃切成1.6cm的长条，接着贴上1cm宽的胶带，然后用锌粉和浓盐酸与水体积比为1:5的稀盐酸刻蚀15分钟，用稀盐酸清洗残余的锌粉，把刻蚀好的玻璃切成1.6×1.7cm长方形，用碱液超声清洗30-60 min，再用酒精超声清洗30-60 min，最后用去离子水超声清洗10-30 min，然后放入烘干箱干燥得到第一透明电极基板;
（2）在上述第一透明电极基板表面旋涂电子传输层前驱液，并在手套箱中进行退火处理，获得表面涂覆电子传输层的第一透明电极基板;
（3）在步骤（2）所得基板表面分别旋涂上述BX2溶液和AX溶液，再进行退火处理，得到表面涂覆ABX3的吸光层基板，此前一系列过程均在手套箱中操作;
（4）将步骤（3）所得基板转移至真空蒸发镀膜仪腔室内，蒸镀空穴传输层MoO3，厚度10nm，蒸发速率为0.5Å/s;
（5）改变蒸发源，用真空热蒸发镀膜仪蒸镀超薄Ag电极，厚度10nm，蒸发速率为0.5Å/s，作为导电层，最后蒸镀光减反层，完成半透明钙钛矿太阳能电池的制备。
更进一步地，在步骤（2）中，所述电子传输层前驱液为TiO2溶液或PCBM溶液，浓度为20mg/ml，所述退火处理温度为80℃~120℃，退火时间为20min~50min。
更进一步地，在步骤（3）中，所述BX2溶液的浓度为1mol/l，AX溶液浓度为0.44mol/l，其中A选自CH3NH3 +,B选自Pb2+，X选自Cl-和I-的混合物。上述退火处理温度为80℃~120℃，退火时间为10min。
本发明属于半导体光电子技术领域，具体为一种半透明钙钛矿太阳能电池及其组装技术，该电池结构从下至上依次为第一透明电极基板、电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输层、第二透明电极基板，其中第二透明电极基板具体为导电层/光减反层复合结构，其中导电层为超薄金属Ag、银纳米线或石墨烯；光减反层为MoO3或MgF2,其中除钙钛矿层为半透明结构外，其它层均为透明结构，从而有效提高了电池整体平均透过率，各层间形成良好的能级匹配，降低了电池整体的串联电阻，进而提高电池的光电转换效率、稳定性等。同时，本发明采用全新的透明电极，摒弃了传统透明电极ITO中原材料日益稀缺的不足，其优化的性能和稳定的结构为半透明钙钛矿太阳能电池的商业化应用提供了新的思路。
附图说明
图1为本发明提供的半透明钙钛矿太阳能电池的结构示意图。

Claims (5)

1.一种半透明钙钛矿太阳能电池，其特征在于，该电池结构从下至上依次为第一透明电极基板、电子传输层、吸光层、空穴传输层、第二透明电极基板，所述吸光层由ABX3型钙钛矿材料形成，其中A选自CH3NH3 +,B选自Pb2+，X选自Cl-和I-的混合物，整个电池在可见光区(300-800nm)为半透明状（光透过率>30%）。
2.如权利要求1所述的半透明钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述第一透明电极基板为ITO、FTO等透明导电电极,电子传输层为无机TiO2、ZnO或有机PCBM等，均为透明结构。
3.如权利要求1或2所述的半透明钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述空穴传输层为MoO3、NiO或CuI等半导体材料，第二透明电极基板为导电层/光减反层复合结构，其中导电层为超薄金属Ag、银纳米线电极或石墨烯透明电极；光减反层为MoO3或MgF2等。
4.关于一种半透明钙钛矿太阳能电池的组装技术具体步骤如下：
（1）将FTO透明导电玻璃切成1.6cm的长条，接着贴上1cm宽的胶带，然后用锌粉和浓盐酸与水体积比为1:5的稀盐酸刻蚀15分钟，用稀盐酸清洗残余的锌粉，把刻蚀好的玻璃切成1.6×1.7cm长方形，用碱液超声清洗30-60 min，再用酒精超声清洗30-60 min，最后用去离子水超声清洗10-30 min，然后放入烘干箱干燥得到第一透明电极基板；
（2）在上述第一透明电极基板表面旋涂电子传输层前驱液，并在手套箱中进行退火处理，获得表面涂覆电子传输层的第一透明电极基板；
（3）在步骤（2）所得基板表面分别旋涂上述BX2溶液和AX溶液，再进行退火处理，得到表面涂覆ABX3的吸光层基板，此前一系列过程均在手套箱中操作；
（4）将步骤（3）所得基板转移至真空蒸发镀膜仪腔室内，蒸镀空穴传输层，厚度10nm，蒸发速率为0.5Å/s；
（5）改变蒸发源，用真空热蒸发镀膜仪蒸镀超薄Ag电极，厚度10nm，蒸发速率为0.5Å/s，作为导电层；
或将Fecl3和聚乙烯吡咯烷酮（PVP）溶于乙二醇溶液（10ml），并向其中逐滴滴加AgNO3的乙二醇溶液（10ml）至溶液呈棕色，待混加剩余AgNO3的乙二醇溶液后离心、超声得到银纳米线前驱液，最后用匀胶机旋涂银纳米线前驱液得到银纳米线透明电极；
或将石墨烯粉末溶于去离子水中（10ml）得到石墨烯前驱液，超声使其分散均匀，最后用匀胶机旋涂石墨烯前驱液，真空干燥后得到石墨烯透明电极；
（6）最后用真空热蒸发镀膜仪蒸镀光减反层，厚度10nm，蒸发速率为0.5Å/s，完成半透明钙钛矿太阳能电池的制备。
5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，在步骤（2）中，所述电子传输层为无机TiO2、ZnO或有机PCBM，退火处理温度为80℃~120℃，退火时间为20min~50min；在步骤（3）中，所述BX2溶液的浓度为1mol/l，AX溶液浓度为0.44mol/l，所述退火处理温度为80℃~120℃，退火时间为10min；在步骤（4）中，所述空穴传输层为MoO3、NiO或CuI等半导体材料。
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