CN109244248A - 一种以CuI/PbPc薄膜作为空穴传输层的硫化锑太阳能电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种以CuI/PbPc薄膜作为空穴传输层的硫化锑太阳能电池及其制备方法，其特征在于，所述太阳能电池的结构从下至上依次为透明导电衬底、黑磷烯薄膜、硫化锑薄膜、有机半导体薄膜、CuI/PbPc薄膜、金属电极。其优点在于：（1）利用硫化锑具有较高的光吸收系数、覆盖大部分可见光光谱、带隙宽度适中且易于调控的特点有效提高太阳能电池的光电转换效率；（2）采用硫化锑和有机半导体的层叠结构，有利于提高载流子的分离效率；（3）以CuI/PbPc代替传统的有机化合物作为空穴传输层，有利于提高器件在潮湿环境下的稳定性；（4）采用黑磷烯作为电子传输层材料，能有效减少电池的串联电阻，极大地增加光电流，进一步提高太阳能电池的光电转换效率。
Description
技术领域
本发明属新能源领域，具体涉及一种以CuI/PbPc薄膜作为空穴传输层的硫化锑太阳能电池及其制备方法。
背景技术
随着科技生产力的不断进步，人类社会对能源的需求不断扩大。一大批科学研究者正热切地寻求可再生能源或清洁能源来代替补充传统的一次性能源如煤炭、石油等。太阳能作为一种清洁的可再生能源，取之不尽，用之不竭，探索利用太阳能被认为是解决能源危机和缓解环境压力最有效的途径之一。因而，研发高效且稳定的太阳能电池便成为了科研工作者的奋斗目标。近年来，黑磷烯由于具有优越的性能，被科研工作者广泛关注。黑磷烯是一种从黑磷剥离出来的有序磷原子构成的、单原子层的、有直接带隙的二维半导体材料。并且，黑磷烯的带隙可由层数在0.3eV至1.5eV范围调控，这使得黑磷烯具有较高的电子迁移率，单层黑磷烯电子迁移率可达104cm2/(V·s)。与其他二维材料如石墨烯相比，黑磷烯具有直接带隙和高电子迁移率，使其在电子传输和光电性能等方面具有更大的优势，在太阳能电池领域具有更好的应用前景。
硫化锑由于具有较高的光吸收系数、覆盖大部分可见光光谱、带隙宽度适中且易于调控等特点，使得硫化锑太阳能电池逐渐获得了科研工作者们的青睐。但就目前的研究而言，硫化锑太阳能电池在稳定性和光电转换效率等方面仍受制约，如何提高其光电转换效率和稳定性，是值得我们不断探索的一个研究课题。这一课题的研究对于推动新一代太阳能电池的发展具有重要的意义。
目前所报道的硫化锑太阳能电池主要采用有机化合物（如P3HT、spiro-OMeTAD、PCPDTBT、PEDOT:PSS等）作为空穴传输层，但由于有机化合物容易分解且产生的不稳定性产物可能扩散至吸光层导致光伏器件的长期稳定性受到严重影响，并且致使其光电转换效率极速下降，这在很大程度上制约了其未来产业化的发展。因此，探寻高效稳定的硫化锑太阳能电池具有重要的现实意义。
发明内容
为了提高硫化锑太阳能电池的稳定性和光电转换效率，本发明提供了一种以CuI/PbPc薄膜作为空穴传输层的硫化锑太阳能电池及其制备方法，其特征在于，所述太阳能电池的结构从下至上依次为：透明导电衬底、黑磷烯薄膜、硫化锑薄膜、有机半导体薄膜、CuI/PbPc薄膜、金属电极。所述透明导电衬底为ITO导电玻璃或FTO导电玻璃或AZO导电玻璃；所述黑磷烯薄膜作为电子传输层；所述硫化锑薄膜和有机半导体薄膜作为光电转换层；所述有机半导体薄膜为具有四甲基对苯二胺与四氰基醌二甲烷复合物所形成的薄膜；所述CuI/PbPc薄膜作为空穴传输层；所述一种以CuI/PbPc薄膜作为空穴传输层的硫化锑太阳能电池的制备过程包括以下几个步骤：首先，取一块干净且干燥的透明导电衬底，在透明导电衬底上利用化学气相沉积法或机械剥离法沉积黑磷烯薄膜；接着在黑磷烯薄膜上利用真空蒸镀法或溶剂热方法或化学浴沉积法制备硫化锑薄膜；进而在硫化锑薄膜上利用真空蒸镀法或旋涂法沉积具有四甲基对苯二胺与四氰基醌二甲烷复合物所形成的有机半导体薄膜；然后在有机半导体薄膜上利用真空蒸发法或旋涂法沉积PbPc薄膜；再在PbPc薄膜上采用浸渍拉提法或溶液超声法制备CuI薄膜；最后，采用真空蒸镀法或丝网印刷法在CuI薄膜上沉积金属电极，即制得所述的太阳能电池。本发明的优点在于：（1）利用硫化锑具有较高的光吸收系数、带隙宽度适中且易于调控、覆盖大部分可见光光谱的特点，有效提高太阳能电池的光电转换效率；（2）通过利用硫化锑薄膜和有机半导体薄膜的层叠组合使用，有利于提高载流子的分离效率和光电转换效率，此外，硫化锑与无机半导体层叠组合在其界面会有固溶体析出，而将硫化锑与有机半导体层叠组合减小了固溶体在界面析出的可能性，进而提高了太阳能电池的稳定性；（3）以CuI/PbPc代替传统的有机化合物作为空穴传输层，有利于提高器件在潮湿环境下的稳定性；（4）采用黑磷烯作为电子传输层材料，能有效减少电池的串联电阻，极大地增加光电流，进一步提高太阳能电池的光电转换效率。
附图说明
附图1是本发明提供的一种以CuI/PbPc薄膜作为空穴传输层的硫化锑太阳能电池的层结构示意图。
附图2是附图1中5 CuI/PbPc薄膜层的结构示意图。
附图1标号说明：
1—透明导电衬底；
2—黑磷烯薄膜；
3—硫化锑薄膜；
4—有机半导体薄膜；
5—CuI/PbPc薄膜；
6—金属电极。
附图2标号说明：
7—PbPc薄膜；
8—CuI薄膜。
具体实施方式
下面结合附图1、附图2和具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明的内容不仅限于实施例中所涉及的内容。
本发明按附图1所示结构，它包括从下至上依次分布的透明导电衬底1、黑磷烯薄膜2、硫化锑薄膜3、有机半导体薄膜4、CuI/PbPc薄膜5、金属电极6。
实施例一
首先，取一块ITO导电玻璃，依次用丙酮、甲醇和异丙醇分别进行10分钟的超声波清洗，氮气吹干后紫外灯照射处理10分钟使其干燥；利用化学气相沉积法将黑磷烯薄膜沉积于透明导电衬底上；接着在透明导电衬底上利用真空蒸镀法沉积硫化锑薄膜并高温后退火，进而在硫化锑薄膜上利用真空蒸镀法沉积具有四甲基对苯二胺与四氰基醌二甲烷复合物所形成的有机半导体薄膜；然后在有机半导体薄膜上利用真空蒸发法沉积PbPc薄膜；再利用浸渍拉提法在PbPc薄膜上沉积CuI薄膜；最后，采用真空蒸镀法在CuI薄膜上沉积金属电极，即制得所述的太阳能电池。
实施例二
首先，取一块FTO导电玻璃，依次用丙酮、甲醇和异丙醇分别进行8分钟的超声波清洗，氮气吹干后紫外灯照射处理12分钟使其干燥；利用化学气相沉积法将黑磷烯薄膜沉积于透明导电衬底上；接着在透明导电衬底上利用溶剂热方法沉积硫化锑薄膜并高温后退火，进而在硫化锑薄膜上利用旋涂法沉积具有四甲基对苯二胺与四氰基醌二甲烷复合物所形成的有机半导体薄膜；然后在有机半导体薄膜上用真空蒸发法沉积PbPc薄膜；再利用溶液超声法在PbPc薄膜上沉积CuI薄膜；最后，采用丝网印刷法在CuI薄膜上沉积金属电极，即制得所述的太阳能电池。
实施例三
首先，取一块AZO导电玻璃，依次用丙酮、甲醇和异丙醇分别进行6分钟的超声波清洗，氮气吹干后紫外灯照射处理8分钟使其干燥；利用机械剥离法将黑磷烯薄膜沉积于透明导电衬底上；接着在透明导电衬底上利用化学浴沉积法沉积硫化锑薄膜并高温后退火，进而在硫化锑薄膜上利用真空蒸镀法沉积具有四甲基对苯二胺与四氰基醌二甲烷复合物所形成的有机半导体薄膜；然后在有机半导体薄膜上用真空蒸发法沉积PbPc薄膜；再利用溶液超声法在PbPc薄膜上沉积CuI薄膜；最后，采用丝网印刷法在CuI薄膜上沉积金属电极，即制得所述的太阳能电池。
实施例四
首先，取一块ITO导电玻璃，依次用丙酮、甲醇和异丙醇分别进行5分钟的超声波清洗，氮气吹干后紫外灯照射处理6分钟使其干燥；利用机械剥离法将黑磷烯薄膜沉积于透明导电衬底上；接着在透明导电衬底上利用溶剂热方法沉积硫化锑薄膜并高温后退火，进而在硫化锑薄膜上利用旋涂法沉积具有四甲基对苯二胺与四氰基醌二甲烷复合物所形成的有机半导体薄膜；然后在有机半导体薄膜上采用旋涂法沉积PbPc薄膜；再利用浸渍拉提法在PbPc薄膜上沉积CuI薄膜；最后，采用真空蒸镀法在CuI薄膜上沉积金属电极，即制得所述的太阳能电池。
Claims (6)
1.一种以CuI/PbPc薄膜作为空穴传输层的硫化锑太阳能电池及其制备方法，其特征在于，所述太阳能电池的结构从下至上依次为：透明导电衬底、黑磷烯薄膜、硫化锑薄膜、有机半导体薄膜、CuI/PbPc薄膜、金属电极。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述透明导电衬底为ITO导电玻璃或FTO导电玻璃或AZO导电玻璃。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述黑磷烯薄膜作为电子传输层。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述硫化锑薄膜和有机半导体薄膜作为光电转换层；所述有机半导体薄膜为具有四甲基对苯二胺与四氰基醌二甲烷复合物所形成的薄膜；其中硫化锑薄膜作为N型半导体，有机半导体薄膜作为P型半导体。
5.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述CuI/PbPc薄膜作为空穴传输层。
6.根据权利要求1所述的太阳能电池的制备方法，其特征在于，首先，取一块干净且干燥的透明导电衬底，在透明导电衬底上利用化学气相沉积法或机械剥离法沉积黑磷烯薄膜；接着在黑磷烯薄膜上利用真空蒸镀法或溶剂热方法或化学浴沉积法制备硫化锑薄膜；进而在硫化锑薄膜上利用真空蒸镀法或旋涂法沉积具有四甲基对苯二胺与四氰基醌二甲烷复合物所形成的有机半导体薄膜；然后在有机半导体薄膜上利用真空蒸发法或旋涂法沉积PbPc薄膜；再在PbPc薄膜上采用浸渍拉提法或溶液超声法制备CuI薄膜；最后，采用真空蒸镀法或丝网印刷法在CuI薄膜上沉积金属电极，即制得所述的太阳能电池。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20190118 |