CN107978681A - 一种基于超薄金属的太阳能电池的制备方法 - Google Patents

一种基于超薄金属的太阳能电池的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于超薄金属的太阳能电池的制备方法，所述方法包括如下步骤：1)将PEI水溶液，通过旋涂或者刮涂或者丝网印刷或者喷墨打印等方式沉积在导电玻璃上，其厚度为3‑15nm；2)制备前驱体溶液；3)将步骤2)中的前驱体溶液用旋转涂膜技术按一定的转速均匀涂抹在导电玻璃上，制备光吸收层；4)在步骤3)制得的钙钛矿层上制备空穴传导层；5)在步骤4)的样品上蒸镀一层CuSCN、CuI、NiOx中的一种或者其中二者的混合体系，其厚度为10‑60nm。通过改变量子点的大小对太阳光谱裁剪，分波长范围吸收，提高电池对太阳光谱的吸收效率。使用该方法制备的太阳能电池，光电转化效率提高。

Description

一种基于超薄金属的太阳能电池的制备方法
技术领域
本发明涉及光伏材料领域，尤其涉及一种基于超薄金属的太阳能电池的制备方法。
背景技术
在化石燃料日趋减少的情况下，太阳能已成为人类使用能源的重要组成部分，并不断得到发展。太阳能电池的不断开发与应用将太阳能直接有效地转化为电能供人类使用。
钙钛矿太阳能电池是由钙钛矿作为吸收层而命名的，它由染料敏化电池发展而来，截止2013年，钙钛矿薄膜太阳能电池的光电转化效率在5年的时间内从3.8％迅速提高到经过认证的16.2％。钙钛矿材料在电池中起着十分重要的作用，钙钛矿晶体为ABX3结构，一般为立方体或八面体结构，晶体结构稳定，钙钛矿材料的禁带宽度在1.5eV附近，吸收系数高达105，在可见光区域400-800nm吸收能力较好，并且在蓝光波段的光的吸收效果明显优于硅太阳能电池。但是，在紫外300-400nm，及近红外区域800-1400nm的吸收比较少，所以，要改善钙钛矿型太阳能电池的光电转化效率，需要增加钙钛矿太阳能电池在可见光区域的光吸收以及拓展其在紫外和红外光区域的光吸收效率。
为了提高钙钛矿太阳能电池对紫外及红外光区域太阳光的吸光能力弱及光电转化效率低的缺陷，同时进一步增强钙钛矿太阳能电池可见光区域太阳光的吸收，现有技术中，电池是由透明电极、电子传输层、钙钛矿层、硫化铅量子点层和金属对电极组成，通过钙钛矿和硫化铅两种吸光层复合，拓展了光谱范围，增强光电流，获得叠层电池。然而，这种结构上进行堆叠的电池在制备过程中容易出现两种吸光层之间的接触不够紧密，层间易产生缺陷，严重影响了电池光电转换的稳定性，造成电池效率不均一，重复性差。
发明内容
本发明与现有技术相比，所要提供一种基于超薄金属的太阳能电池的制备方法，以解决现有技术中的至少一种技术问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种基于超薄金属的太阳能电池的制备方法，所述方法包括如下步骤：
1)将PEI水溶液，通过旋涂或者刮涂或者丝网印刷或者喷墨打印等方式沉积在导电玻璃上，其厚度为3-15nm。
2)制备浓度为70％～80％的钙钛矿型材料的前驱体溶液；
3)将步骤2)中的前驱体溶液用旋转涂膜技术按一定的转速均匀涂抹在导电玻璃上，制备光吸收层；
4)在步骤3)制得的钙钛矿层上制备空穴传导层；
5)利用真空热蒸镀或电子束蒸镀在步骤4)所制得的样品上蒸镀一层 CuSCN、CuI、NiOx中的一种或者其中二者的混合体系，其厚度为10-60nm，即得到钙钛矿太阳能电池。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：
优选的，步骤1)中的所述前驱体溶液由ABX3型光电能材料制备，其中，其中，所述A为C3H3N2+、C5H4N+、C6H4CH3+中的一种或多种；
所述B为Ni2+、Fe2+、Co2+中的一种或多种；
所述X为Cl-、Br-、I-、BF4-、PF6-中的至少一种或多种。
优选的，其中，所述A为C3H3N2+和C5H4N+；
所述B为Ni2+和Fe2+；
所述X为Cl-、Br-和I-。
优选的，所述A为C3H3N2+和C6H4CH3+；
所述B为Ni2+和Co2+中；
所述X为Cl-和BF4-、PF6-。
优选的，所述A为C5H4N+和C6H4CH3+；
所述B为Fe2+和Co2+；
所述X为I-、BF4-和PF6-。
优选的，所述光电功能材料的制备方法为：称量等摩尔比的BX2和AX，混合后研磨30～60min，在60～80℃保温晶化2～12h，形成相应的粉末晶体。
优选的，步骤3)中的所述有机溶剂为γ-丁内酯、二甲基亚砜、二甲基甲酰胺的一种或多种。
优选的，所述水与所述有机溶剂的体积比的范围为(10～30):100；所述烘烤时间为30～80分钟。
优选的，步骤3)中的光吸收层厚度为90纳米至2微米。
本发明采用钙钛矿包裹量子点的核壳结构作为钙钛矿太阳能电池的吸光层，克服了现有技术中量子点与钙钛矿层接触区域存在缺陷众多、光电转化效率低的缺陷，提高量子点与钙钛矿结构层的接触面积，并且利用了钙钛矿可以作为空穴传输层的优势，提高光空穴分离的效率，从而提高电池的光电转换效率。通过改变量子点的大小对太阳光谱裁剪，分波长范围吸收，提高电池对太阳光谱的吸收效率。本发明实施例提供一种钙钛矿包裹P型量子点复合结构太阳能电池的制备方法，使用该方法制备的太阳能电池，光电转化效率提高。方块电阻能为15-100Ω/□，可见光波段平均透光率＞90％，稳定性好，柔性基底透明电极弯曲1000次电阻率变化9％以内。
具体实施方式
以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
本发明涉及一种基于超薄金属的太阳能电池的制备方法，所述方法包括如下步骤：
1)将PEI水溶液，通过旋涂或者刮涂或者丝网印刷或者喷墨打印等方式沉积在导电玻璃上，其厚度为3-15nm。
2)制备浓度为70％～80％的钙钛矿型材料的前驱体溶液；
3)将步骤2)中的前驱体溶液用旋转涂膜技术按一定的转速均匀涂抹在导电玻璃上，制备光吸收层；
4)在步骤3)制得的钙钛矿层上制备空穴传导层；
5)利用真空热蒸镀或电子束蒸镀在步骤4)所制得的样品上蒸镀一层 CuSCN、CuI、NiOx中的一种或者其中二者的混合体系，其厚度为10-60nm，即得到钙钛矿太阳能电池。
本发明的一些实施例中，步骤1)中的所述前驱体溶液由ABX3型光电能材料制备，其中，其中，所述A为C3H3N2+、C5H4N+、C6H4CH3+中的一种或多种；
所述B为Ni2+、Fe2+、Co2+中的一种或多种；
所述X为Cl-、Br-、I-、BF4-、PF6-中的至少一种或多种。
优选的，所述光电功能材料的制备方法为：称量等摩尔比的BX2和AX，混合后研磨30～60min，在60～80℃保温晶化2～12h，形成相应的粉末晶体。
优选的，步骤3)中的所述有机溶剂为γ-丁内酯、二甲基亚砜、二甲基甲酰胺的一种或多种。
优选的，所述水与所述有机溶剂的体积比的范围为(10～30):100；所述烘烤时间为30～80分钟。
优选的，步骤3)中的光吸收层厚度为90纳米至2微米。
本发明的一些实施例中，所述A为C5H4N+和C6H4CH3+；
所述B为Fe2+和Co2+；
所述X为I-、BF4-和PF6-。
本发明的另一些实施例中，其中，所述A为C3H3N2+和C5H4N+；
所述B为Ni2+和Fe2+；
所述X为Cl-、Br-和I-。
还有一些实施例中，所述A为C3H3N2+和C6H4CH3+；
所述B为Ni2+和Co2+中；
所述X为Cl-和BF4-、PF6-。
本发明采用钙钛矿包裹量子点的核壳结构作为钙钛矿太阳能电池的吸光层，克服了现有技术中量子点与钙钛矿层接触区域存在缺陷众多、光电转化效率低的缺陷，提高量子点与钙钛矿结构层的接触面积，并且利用了钙钛矿可以作为空穴传输层的优势，提高光空穴分离的效率，从而提高电池的光电转换效率。通过改变量子点的大小对太阳光谱裁剪，分波长范围吸收，提高电池对太阳光谱的吸收效率。本发明实施例提供一种钙钛矿包裹P型量子点复合结构太阳能电池的制备方法，使用该方法制备的太阳能电池，光电转化效率提高。方块电阻能为15-100Ω/□，可见光波段平均透光率＞90％，稳定性好，柔性基底透明电极弯曲1000次电阻率变化9％以内。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于超薄金属的太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
1)将PEI水溶液，通过旋涂或者刮涂或者丝网印刷或者喷墨打印等方式沉积在导电玻璃上，其厚度为3-15nm。
2)制备浓度为70％～80％的钙钛矿型材料的前驱体溶液；
3)将步骤2)中的前驱体溶液用旋转涂膜技术按一定的转速均匀涂抹在导电玻璃上，制备光吸收层；
4)在步骤3)制得的钙钛矿层上制备空穴传导层；
5)利用真空热蒸镀或电子束蒸镀在步骤4)所制得的样品上蒸镀一层CuSCN、CuI、NiOx中的一种或者其中二者的混合体系，其厚度为10-60nm，即得到钙钛矿太阳能电池。
2.根据权利要求1所述一种基于超薄金属的太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤1)中的所述前驱体溶液由ABX3型光电能材料制备，其中，其中，所述A为C3H3N2+、C5H4N+、C6H4CH3+中的一种或多种；
所述B为Ni2+、Fe2+、Co2+中的一种或多种；
所述X为Cl-、Br-、I-、BF4-、PF6-中的至少一种或多种。
3.根据权利要求2所述一种基于超薄金属的太阳能电池的制备方法，其特征在于，其中，所述A为C3H3N2+和C5H4N+；
所述B为Ni2+和Fe2+；
所述X为Cl-、Br-和I-。
4.根据权利要求2所述一种基于超薄金属的太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述A为C3H3N2+和C6H4CH3+；
所述B为Ni2+和Co2+中；
所述X为Cl-和BF4-、PF6-。
5.根据权利要求2所述一种基于超薄金属的太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述A为C5H4N+和C6H4CH3+；
所述B为Fe2+和Co2+；
所述X为I-、BF4-和PF6-。
6.根据权利要求2所述一种基于超薄金属的太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述光电功能材料的制备方法为：称量等摩尔比的BX2和AX，混合后研磨30～60min，在60～80℃保温晶化2～12h，形成相应的粉末晶体。
7.根据权利要求1所述一种基于超薄金属的太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤3)中的所述有机溶剂为γ-丁内酯、二甲基亚砜、二甲基甲酰胺的一种或多种。
8.根据权利要求7所述一种基于超薄金属的太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述水与所述有机溶剂的体积比的范围为(10～30):100；所述烘烤时间为30～80分钟。
9.根据权利要求1所述一种基于超薄金属的太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤3)中的光吸收层厚度为90纳米至2微米。
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