CN109378385A - 一种基于全光谱吸收的有机钙钛矿有机结合太阳能电池 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于全光谱吸收的有机钙钛矿有机结合太阳能电池，涉及半导体薄膜太阳能电池领域，本发明在现有钙钛矿太阳能电池的基础上，在空穴传输层、钙钛矿活性层之间设置第一有机活性层，所述第一有机活性层的材质为TFB：PC71BM的混合薄膜，厚度范围为20～120nm；在钙钛矿活性层、电子传输层之间设置第二有机活性层，所述第二有机活性层的材质为PCE‑10:BT‑CIC混合薄膜，厚度范围为50～150nm。这样的设置使得整个太阳能电池器件的吸收波段能覆盖从紫外到近红外的全部波段，从而提升了器件的短路电流。且具有较高的载流子迁移率，修饰了钙钛矿和缓冲层之间的界面接触，减少载流子的复合几率，提升器件的填充因子，最终增加了器件的光电转换效率。

Description

一种基于全光谱吸收的有机钙钛矿有机结合太阳能电池
技术领域
本发明涉及半导体薄膜太阳能电池领域，具体涉及一种基于全光谱吸收的有机钙钛矿有机结合太阳能电池。
背景技术
随着世界经济的发展，能源消耗、环境污染等问题日益成为世界各国关注的首要问题，传统化石能源随着人们的不断开发已经趋于枯竭的边缘。而且，由于大量过度使用这些能源所造成的环境污染问题也日益严重，每年排放的二氧化碳达210万吨，并呈上升趋势，二氧化碳的过度排放是造成全球气候变暖的罪魁祸首；空气中大量二氧化碳、粉尘含量已严重影响人们的身体健康和人类赖以生存的自然环境。正是因为这些问题的存在，人们需要一种储量丰富的洁净能源来代替石油等传统化石能源。而太阳能作为一种可再生能源正符合这一要求。太阳能每秒钟到达地面的能量高达80万千瓦，若把地球表面0.1％的太阳能转为电能，转变率5％，每年发电量就可达5.6×1012千瓦/小时。而我国太阳能资源非常丰富，理论储量达每年1700亿吨标准煤，太阳能资源开发利用的前景非常广阔。在太阳能的有效利用中，太阳能光电利用是近些年来发展最快，最具活力的研究领域，是其中最受瞩目的项目之一。太阳能电池的研制和开发日益得到重视。
太阳能电池是将光能转换为电能的光伏器件，目前应用最广泛的是硅太阳能电池，但是其制作工艺复杂、成本较高等缺陷限制了硅太阳能电池的发展。相对硅基太阳能电池来说，新一代的有机和钙钛矿太阳能电池具有质量轻、成本低、可弯曲、制作工艺简单、材料来源广泛等优势，使有机和钙钛矿太阳能电池受到越来越多的关注。目前影响这两种新型太阳能电池大范围市场化的主要原因还是其光电转换效率尚低，不足以满足大范围市场化的需求，且从长远来看，随着太阳能电池制造技术的改进以及新的光－电转换装置的发明，各国对环境的保护和对再生清洁能源的巨大需求，太阳能电池仍将是利用太阳辐射能比较切实可行的方法，可为人类未来大规模地利用太阳能开辟广阔的前景。因此，研究有机和钙钛矿太阳能电池工作机理、如何提高太阳能电池器件效率对解决能源危机、环境污染等问题具有重大意义。
然而，目前主流的钙钛矿太阳能电池虽然其光电转换效率较高，但是其吸收波段主要集中在可见光区域，而太阳光中的紫外及近红外的能量无法有效地利用。同时，钙钛矿活性层和两侧的缓冲层之间接触界面质量较差，这会导致较高的载流子复合几率，进而影响器件的短路电流和填充因子。上述缺点导致了钙钛矿电池距离其商业化和实用化还尚需时日。因此，通过寻找能级和迁移率合适的有机材料体系作为紫外和近红外活性层制备在钙钛矿层的两侧，在拓宽吸收光谱的同时改善钙钛矿和缓冲层之间的接触界面质量，成为一个非常有潜力的研究方向。
发明内容
本发明提供一种基于全光谱吸收的有机钙钛矿有机结合太阳能电池，以解决现有钙钛矿太阳能电池无法有效地利用太阳光中的紫外及近红外的能量的技术问题。
本发明采用的技术方案如下：
一种基于全光谱吸收的有机钙钛矿有机结合太阳能电池，该太阳能电池采用正型结构，包括从下到上依次设置的：衬底、透明导电阳极ITO、空穴传输层、钙钛矿活性层、电子传输层、金属阴极，所述空穴传输层、钙钛矿活性层之间设有第一有机活性层，所述第一有机活性层的材质为TFB：PC71BM的混合薄膜，厚度范围为20～120nm；所述钙钛矿活性层、电子传输层之间设有第二有机活性层，所述第二有机活性层的材质为PCE-10:BT-CIC混合薄膜，厚度范围为50～150nm。
作为优选地，所述钙钛矿活性层的材质为CH3NH3PbI3钙钛矿结构薄膜，厚度范围为300～500nm。
作为优选地，所述空穴传输层采用PEDOT：PSS水分散液制备而成，浓度为0.5～2mg/ml。
作为优选地，所述电子传输层的材质为PC61BM，厚度范围为5～20nm。
作为优选地，所述金属阴极为Ag、Al或Cu中的一种或多种复合制成的金属薄层，金属薄层厚度范围为100～200nm。
作为优选地，所述衬底为玻璃或透明聚合物材料，所述透明聚合物材料为聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚氨基甲酸酯、聚酰亚胺、氯醋树脂或聚丙烯酸的一种或多种。
相较于现有技术，本发明的有益效果是：
(1)本发明中，有机-钙钛矿-有机结合结构的太阳能电池，其中的第一有机活性层可以吸收紫外波段光，第二有机活性层可以吸收近红外波段光，钙钛矿活性层可吸收可见光波段光，从而拓宽了太阳能电池的吸收光谱，使太阳能电池的吸收波段覆盖紫外到可见、再到近红外的波段，增加了太阳光的利用效率，进而提升了器件的短路电流；
(2)本发明通过选取能级及迁移率合适的有机材料作为器件的紫外(第一有机活性层)和近红外吸光层(第二有机活性层)，使得这些有机材料在作为紫外和近红外吸光活性层的同时，作为钙钛矿光活性层与电子和空穴传输层之间的薄层，能够提高电子传输层和空穴传输层与钙钛矿活性层之间的传输效果，促进钙钛矿活性层产生的载流子的传输；
(3)通过在钙钛矿层两侧加上有机活性层，可以优化钙钛矿和缓冲层之间的界面接触质量，降低载流子在界面的复合几率，提升器件的填充因子，进而促进器件的能量转换效率提升。
附图说明
图1为本发明所涉及的一种基于波动退火工艺制备的无迟滞高稳定性钙钛矿太阳能电池的结构示意图；
图中标号为：1、衬底；2、透明导电阳极ITO；3、空穴传输层；4、第一有机活性层；5、钙钛矿活性层；6、第二有机活性层；7、电子传输层；8、金属阴极。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明，下面将结合本发明实施例中的附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。
实施例1
采用以下方法制得如图1所示的本发明产品：
对表面粗糙度小于1nm的由透明衬底1及透明导电阳极ITO 2所组成的基板进行清洗，清洗后用氮气吹干；在透明导电阴极ITO表面旋转涂覆PEDOT:PSS溶液(3000rpm,1min)制备空穴传输层3；并将所形成的薄膜进行烘烤(135℃,30min)；在空穴传输层3上旋涂制备TFB：PC71BM有机活性层(20-120nm)，放置30min后，在其上用一步法旋涂制备钙钛矿光活性层(350nm)；在100℃热退火处理20min后，在钙钛矿活性层表面旋涂制备PCE-10:BT-CIC薄膜(50-150nm)。随后，在有机-钙钛矿-有机结合的光活性层表面旋涂制备PC61BM电子传输层(20nm)；在电子传输层上蒸镀金属阳极Ag(100nm)。
表1在标准测试条件下：AM 1.5,100mW/cm2，基于不同厚度的有机活性层所制备出的器件性能。
表1有机活性层厚度对器件性能的影响
通过表1可以看出，通过优化有机活性层的厚度，能够有效提升太阳能电池的填充因子，短路电流，从而提升其光电转换效率。
由以上实施例可以看出：通过在钙钛矿两侧制备紫外吸收和近红外吸收的有机活性层来形成有机-钙钛矿-有机结合的太阳能电池，相比于单层的钙钛矿太阳能电池，其短路电流密度变大，填充因子增加，这是由于有机-钙钛矿-有机结合结构的太阳能电池可以拓宽器件的吸收光谱，提升太阳光的利用效率，增加器件的短路电流；并且通过选取能级和迁移率合适的有机材料作为器件的紫外和近红外吸光层，也可以使他们成为钙钛矿光活性层的电子和空穴传输层，促进钙钛矿层产生的载流子的传输；而在钙钛矿层的两端加入有机活性层，可以改善钙钛矿和缓冲层之间的界面接触，降低载流子在界面的复合几率，提高器件的填充因子，进而促进太阳能电池能量转换效率的增加。
显而易见的，上面所述的实施例仅仅是本发明实施例中的一部分，而不是全部。基于本发明记载的实施例，本领域技术人员在不付出创造性劳动的情况下得到的其它所有实施例，或在本发明的启示下做出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于全光谱吸收的有机钙钛矿有机结合太阳能电池，该太阳能电池采用正型结构，包括从下到上依次设置的：衬底(1)、透明导电阳极I TO(2)、空穴传输层(3)、钙钛矿活性层(5)、电子传输层(7)、金属阴极(8)，其特征在于，所述空穴传输层(3)、钙钛矿活性层(5)之间设有第一有机活性层(4)，所述第一有机活性层(4)的材质为TFB：PC71BM的混合薄膜，厚度范围为20～120nm；所述钙钛矿活性层(5)、电子传输层(7)之间设有第二有机活性层(6)，所述第二有机活性层(6)的材质为PCE-10:BT-CIC混合薄膜，厚度范围为50～150nm。
2.如权利要求1所述的一种基于全光谱吸收的有机钙钛矿有机结合太阳能电池，其特征在于：所述钙钛矿活性层(5)的材质为CH3NH3PbI3钙钛矿结构薄膜，厚度范围为300～500nm。
3.如权利要求1所述的一种基于全光谱吸收的有机钙钛矿有机结合太阳能电池，其特征在于：所述空穴传输层(3)采用PEDOT：PSS水分散液制备而成，浓度为0.5～2mg/ml。
4.如权利要求1所述的一种基于全光谱吸收的有机钙钛矿有机结合太阳能电池，其特征在于：所述电子传输层(7)的材质为PC61BM，厚度范围为5～20nm。
5.如权利要求1所述的一种基于全光谱吸收的有机钙钛矿有机结合太阳能电池，其特征在于：所述金属阴极(8)为Ag、Al或Cu中的一种或多种复合制成的金属薄层，金属薄层厚度范围为100～200nm。
6.如权利要求1所述的一种基于全光谱吸收的有机钙钛矿有机结合太阳能电池，其特征在于：所述衬底(1)为玻璃或透明聚合物材料，所述透明聚合物材料为聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚氨基甲酸酯、聚酰亚胺、氯醋树脂或聚丙烯酸的一种或多种。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109841738A (zh) * 2019-03-13 2019-06-04 电子科技大学 一种具有钙钛矿能级修饰层的双体异质结有机太阳能电池及其制备方法
CN109888109A (zh) * 2019-03-13 2019-06-14 电子科技大学 一种量子点修饰的双体异质结有机太阳能电池及其制备方法
CN111180588A (zh) * 2019-12-30 2020-05-19 电子科技大学 一种基于连续刮涂双体异质结的厚膜有机太阳能电池及其制备方法
CN111883668A (zh) * 2020-08-28 2020-11-03 电子科技大学 一种基于电荷窄化吸收效应的光电探测器及其制备方法
CN113421974A (zh) * 2021-07-09 2021-09-21 合肥工业大学 一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104201284A (zh) * 2014-08-29 2014-12-10 国家纳米科学中心 一种基于钙钛矿太阳电池和体异质结太阳电池的集成太阳电池及其制备方法
CN106450001A (zh) * 2016-10-31 2017-02-22 电子科技大学 一种复合叠层钙钛矿太阳能电池及其制备方法
JP2017057266A (ja) * 2015-09-15 2017-03-23 株式会社東芝 ポリマーおよびそれを用いた太陽電池
KR20170038397A (ko) * 2015-09-30 2017-04-07 광주과학기술원 하이브리드형 태양전지 및 이의 제조방법
CN106960911A (zh) * 2017-04-11 2017-07-18 芜湖乐知智能科技有限公司 一种双光敏层杂化太阳能电池及其制备方法
CN107068869A (zh) * 2017-04-24 2017-08-18 华北电力大学 一种钙钛矿/有机集成太阳电池及其制备方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104201284A (zh) * 2014-08-29 2014-12-10 国家纳米科学中心 一种基于钙钛矿太阳电池和体异质结太阳电池的集成太阳电池及其制备方法
JP2017057266A (ja) * 2015-09-15 2017-03-23 株式会社東芝 ポリマーおよびそれを用いた太陽電池
KR20170038397A (ko) * 2015-09-30 2017-04-07 광주과학기술원 하이브리드형 태양전지 및 이의 제조방법
CN106450001A (zh) * 2016-10-31 2017-02-22 电子科技大学 一种复合叠层钙钛矿太阳能电池及其制备方法
CN106960911A (zh) * 2017-04-11 2017-07-18 芜湖乐知智能科技有限公司 一种双光敏层杂化太阳能电池及其制备方法
CN107068869A (zh) * 2017-04-24 2017-08-18 华北电力大学 一种钙钛矿/有机集成太阳电池及其制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
KIM JUNGHWAN,ET AL: "High-Performance Integrated Perovskite and Organic Solar Cells with Enhanced Fill Factors and Near-Infrared Harvesting", 《ADV. MATER.》 *
LI YONGXI,ET AL: "Near-Infrared Ternary Tandem Solar Cells", 《ADV. MATER.》 *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109841738A (zh) * 2019-03-13 2019-06-04 电子科技大学 一种具有钙钛矿能级修饰层的双体异质结有机太阳能电池及其制备方法
CN109888109A (zh) * 2019-03-13 2019-06-14 电子科技大学 一种量子点修饰的双体异质结有机太阳能电池及其制备方法
CN111180588A (zh) * 2019-12-30 2020-05-19 电子科技大学 一种基于连续刮涂双体异质结的厚膜有机太阳能电池及其制备方法
CN111180588B (zh) * 2019-12-30 2023-03-24 电子科技大学 一种基于连续刮涂双体异质结的厚膜有机太阳能电池及其制备方法
CN111883668A (zh) * 2020-08-28 2020-11-03 电子科技大学 一种基于电荷窄化吸收效应的光电探测器及其制备方法
CN113421974A (zh) * 2021-07-09 2021-09-21 合肥工业大学 一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法
CN113421974B (zh) * 2021-07-09 2022-08-23 合肥工业大学 一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法

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