CN109390474A - 一种提高倒置结构钙钛矿太阳能电池开路电压和填充因子的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种提高倒置结构钙钛矿太阳能电池开路电压和填充因子的方法，所述钙钛矿太阳能电池从上至下依次包括阴极、空穴阻挡层、电子传输层、光活性层、空穴传输层、高功函金属和阳极，阳极上真空沉积少量高功函金属的具体步骤为：在空穴传输层旋涂前，将含阳极的导电基底置于蒸镀室，在真空条件下沉积高功函金属。本发明提供的方法制备的钙钛矿太阳能电池的开路电压达到1.024 V，短路电流密度达到22.56 mA/cm2，填充因子达到72.27%，光电转换效率最高可达到16.7%，上述结果证明电池具有良好的光电转换能力。
Description
技术领域
本发明涉及一种提高倒置结构钙钛矿太阳能电池开路电压和填充因子的方法，属于钙钛矿太阳能电池技术领域。
背景技术
钙钛矿太阳能电池是当下最火的研究课题之一，其造价低、效率高的优点使得新型电池的未来一片大好。以甲基三卤化铅钙钛矿为代表的新型有机无机混合材料正在成为超高效太阳能电池的光吸收材料。其引人注目的光伏特性来自其固有特性，包括高电荷载流子迁移率、低激子结合能、长的激子扩散长度、大的吸收系数和宽的吸收光谱。此外，钙钛矿材料的溶液处理技术可以与卷对卷印刷方法兼容，这有利于有效的电池制造，并能够加速钙钛矿太阳能电池的实际开发。这种新的光伏技术在短短几年时间里便将太阳能电池的光电转换效率PCE从3.8％提高到了22.1％。
开路电压Voc是PCE中最重要的参数之一，需要在阳极和阴极之间有较大的功函数差异，从而产生强大的内建电位以辅助载流子传输并产生高Voc。在合适的能级水平下对电极进行界面修饰对于提高Voc和FF至关重要。事实上，为了避免因阳极ITO(-4.6eV)和钙钛矿(-5.4eV)的较大能量差引起的能量损失，PEDOT：PSS(-5.0eV)已被广泛用于ITO阳极表面以对ITO改性。由于具有适当的最高占据分子轨道(HOMO)能级和良好的迁移率，基于PEDOT：PSS的钙钛矿太阳能电池在提供高PCE方面取得了持续的成功。除PEDOT：PSS外，CuSCN(-5.3eV)、NiOx(-5.3eV)和Cu掺杂的NiOx分别被Huang、Guo和Jen用来做空穴传输材料。尽管以上着重于ITO阳极和活性层之间的修饰材料的器件都比PEDOT：PSS达到了相对更高的Voc，但其制备工艺都较为复杂，PEDOT：PSS仍然是最常用的空穴传输材料。但是问题在于，一般情况下基于PEDOT：PSS的倒置钙钛矿太阳能电池的Voc并不高，这是因为在ITO与PEDOT：PSS之间依然存在较大的能级差。
为了解决上述问题，Liao组使用CuAlO2(-5.0eV)、Labban使用TAE(-4.9eV)作为ITO和PEDOT：PSS之间的中间层，均得到了较高的光电转换效率。
发明内容
本发明的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，提出一种提高倒置结构钙钛矿太阳能电池开路电压和填充因子的方法。
本发明的目的将通过以下技术方案得以实现：一种提高倒置结构钙钛矿太阳能电池开路电压和填充因子的方法，所述钙钛矿太阳能电池从上至下依次包括阴极、空穴阻挡层、电子传输层、光活性层、空穴传输层、高功函金属和阳极，
阳极上真空沉积少量高功函金属包括以下步骤：在空穴传输层旋涂前，将含阳极的导电基底置于蒸镀室，在真空条件下沉积高功函金属。
优选地，阳极上真空沉积少量高功函金属的具体步骤为：
S1：ITO阳极玻璃基底的清洗：使用丙酮与乙醇棉球擦洗，再用丙酮、乙醇和去离子水各超声10分钟后，100℃烘干；
S2：岛状分布的Cu的制备：紫外光照射处理ITO阳极玻璃基底5分钟，将基片移入蒸镀室，在～5×10-5Pa的大气压强条件下，以7Hz/s的速率蒸镀100Hz纯度为99.999％的Cu，待Cu自然降温到室温后拿出基片。
优选地，对器件中阳极表面真空沉积少量高功函金属，所述高功函金属为金、银、铜、镍或钴。
优选地，沉积高功函金属的方法包括溅射、热蒸镀或电子束。
优选地，真空沉积高功函金属的厚度为1-500Hz。
优选地，沉积得到的高功函金属呈现不连续的岛状形貌。
优选地，沉积高功函金属后的阴极表面的导电性增强。
优选地，所述光活性层为钙钛矿吸光体。
发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：该方法对钙钛矿太阳能电池的阳极ITO用少量的高功函金属进行修饰，以达到提高阳极功函的目的，从而得到更高的Voc和FF。
本发明通过真空沉积法在ITO表面沉积高功函金属，以Cu为例来改性ITO，以提高ITO的功函数，从-4.6eV提高到-4.8eV，从而减小了空穴传输层与阳极之间能级不匹配引起的能量损失，提高了电池的开路电压；另一方面，覆盖了Cu的ITO表面粗糙度提高，这有助于加大空穴传输层和阳极的接触面积，因此提高激子的解离，进而提高器件的填充因子，最终改善钙钛矿太阳能电池的光电转换效率。
实验结果表明，本发明提供的方法制备的钙钛矿太阳能电池的开路电压达到1.024V，短路电流密度达到22.56mA/cm2，填充因子达到72.27％，光电转换效率最高可达到16.7％，上述结果证明电池具有良好的光电转换能力。
本发明提供的方法操作简单、条件温和、能耗低、成本低廉、工艺易控，适合大规模工业推广。
附图说明
图1是实施例1中所使用的钙钛矿太阳能电池的结构示意图。
图2为在ITO上真空蒸镀一定量的Cu之后的扫描电子显微镜图像。
图3为在ITO上真空蒸镀一定量的Cu和没有蒸镀Cu的紫外光电子能谱。
图4为标准太阳光照下有Cu和没有Cu的钙钛矿太阳能电池的电流密度-电压曲线。
其中，附图标记为：1、ITO阳极；2、铜岛；3、空穴传输层；4、光活性层；5、电子传输层；6、空穴阻挡层；7、金属阴极层。
具体实施方式
本发明的目的、优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释。这些实施例仅是应用本发明技术方案的典型范例，凡采取等同替换或者等效变换而形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。
本发明揭示了一种提高倒置结构钙钛矿太阳能电池开路电压和填充因子的方法，如图1所示，所述钙钛矿太阳能电池从上至下依次包括阴极7、空穴阻挡层6、电子传输层5、光活性层4、空穴传输层3、高功函金属2和阳极1，
阳极上真空沉积少量高功函金属的具体步骤为：在空穴传输层旋涂前，将含阳极的导电基底置于蒸镀室，在真空条件下沉积高功函金属。
阳极上真空沉积少量高功函金属的具体步骤为：
S1：ITO阳极玻璃基底的清洗：使用丙酮与乙醇棉球擦洗，再用丙酮、乙醇和去离子水各超声10分钟后，100℃烘干；
S2：岛状分布的Cu的制备：紫外光照射处理ITO阳极玻璃基底5分钟，将基片移入蒸镀室，在～5×10-5Pa的大气压强条件下，以7Hz/s的速率蒸镀100Hz纯度为99.999％的Cu，待Cu自然降温到室温后拿出基片。
对器件中阳极表面真空沉积少量高功函金属，所述高功函金属为金、银、铜、镍或钴。沉积高功函金属的方法包括溅射、热蒸镀或电子束。真空沉积高功函金属的厚度为1-500Hz。沉积得到的高功函金属呈现不连续的岛状形貌。沉积高功函金属后的阴极表面的导电性增强。所述光活性层为钙钛矿吸光体。
以有Cu和没有Cu的钙钛矿太阳能电池的应用为例，介绍沉积的高功函数金属对钙钛矿太阳能电池性能的提升作用，具体设计方法见实施例1。
实施例1
A、ITO阳极玻璃基底1的清洗：使用丙酮与乙醇棉球擦洗，再用丙酮、乙醇和去离子水各超声10分钟后，100℃烘干。
B、岛状分布的Cu 2的制备：以有Cu和没有Cu的体系进行对比，具体如下：
(1)有Cu：紫外光照射处理ITO阳极玻璃基底5分钟，将基片移入蒸镀室，在～5×10-5Pa的大气压强条件下，以7Hz/s的速率蒸镀100Hz纯度为99.999％的Cu，等其自然降温到室温后拿出基片，以上述有Cu修饰阳极的器件命名为第一器件；
(2)没有Cu：紫外光照射处理ITO阳极玻璃基底5分钟后立即进行后续操作，以上述没有Cu修饰阳极的器件命名为第二器件。
C、空穴传输层3的制备：PEDOT：PSS，孔径0.45gm水系过滤器过滤两次，以4000rpm旋涂于有Cu修饰和没有Cu修饰的ITO阳极导电基底上，旋转时间是60s，然后烘箱120℃干燥30分钟。PEDOT：PSS指3，4-乙烯二氧噻吩聚苯乙烯磺酸盐。
D、钙钛矿光活性层4的制备：采用液相两步法制备钙钛矿光活性层，先将目标基底70℃预热10分钟，再将PbI2旋涂液滴在基底上，1mol PbI2溶在1mLDMF和DMSO的混合溶剂中，其中DMF和DMSO体积比是4∶1，以4000rpm的转速立刻旋涂，旋涂30s后，放置在70℃热台上退火5分钟，随后将MAI和MACl的混合旋涂液滴在已制备好的PbI2膜层上，55mg MAI和5.5mgMACl溶解在1mL异丙醇溶剂中，以6000rpm的转速旋涂30s，然后移到空气中，放置在100℃热板上退火30分钟。
E、电子传输层5的制备：PC61BM 20mg/mL溶解在氯苯中，常温搅拌50小时后，以3000rpm旋涂于钙钛矿表面，旋转60s，室温干燥20分钟。
F、空穴阻挡层6的制备：真空蒸镀6nm的BCP，作为空穴阻挡层，附着于钙钛矿太阳能电池电子传输层上。BCP指浴铜灵。
G、金属电极7的制备：金属电极，使用真空蒸镀的方法使其附着于空穴阻挡层BCP之上。
H、对钙钛矿太阳能电池进行电学性能测试。
图1为上述制备过程最终形成的钙钛矿太阳能电池结构；图2为在ITO上真空蒸镀一定量的Cu之后的扫描电子显微镜图像，沉积在ITO上的Cu呈不连续、岛状分布，岛的大小约为30nm。
图3为在ITO上真空蒸镀了一定量的Cu和没有蒸镀Cu的样片的紫外光电子能谱，经过蒸镀一定量的Cu后，ITO的功函数从-4.6eV提高到-4.8eV。
图4为标准太阳光照下有Cu和没有Cu的钙钛矿太阳能电池的电流密度-电压曲线，引入Cu后器件的开路电压和填充因子有大幅提升，标准太阳光照为AM 1.5G，100mW·cm-2。
沉积金属后的阳极的透过率没有大幅度减小，真空沉积高功函金属后阳极的功函有一定程度的提高。
本发明提供了一种提高倒置结构钙钛矿太阳能电池开路电压Voc和填充因子FF的方法，即通过在ITO阳极上真空沉积少量的高功函金属，来提高电池阳极的功函数，从而减少阳极界面的能量损失，获得较高的Voc和FF，光电转换效率最高可达到16.70％。
该电池从上至下依次包括阴极、空穴阻挡层、电子传输层、活性层、空穴传输层、高功函金属、阳极。本发明制备方法简单，成本低，便于推广、应用。
本发明尚有多种实施方式，凡采用等同变换或者等效变换而形成的所有技术方案，均落在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种提高倒置结构钙钛矿太阳能电池开路电压和填充因子的方法，其特征在于：所述钙钛矿太阳能电池从上至下依次包括阴极、空穴阻挡层、电子传输层、光活性层、空穴传输层、高功函金属和ITO阳极，
该方法包括以下步骤：
S1：对ITO阳极的玻璃基底进行清洗：使用丙酮与乙醇棉球擦洗，再用丙酮、乙醇和去离子水各超声10分钟后，100℃烘干；
S2：真空沉积少量高功函金属；
在空穴传输层旋涂前，将含ITO阳极的玻璃基底置于蒸镀室，在真空条件下沉积高功函金属；
S3：制备空穴传输层：
PEDOT：PSS以4000rpm旋涂于有Cu修饰和没有Cu修饰的ITO阳极导电基底上，旋转时间60s，然后烘箱120℃干燥30分钟；
S4：制备钙钛矿光活性层：
采用液相两步法制备钙钛矿光活性层；
S5：制备电子传输层：
PC61BM溶解在氯苯中，常温搅拌50小时后，以3000rpm旋涂于钙钛矿表面，旋转60s，室温干燥20分钟；
S6：制备空穴阻挡层：真空蒸镀6nm的BCP，作为空穴阻挡层，附着于钙钛矿太阳能电池电子传输层上；
S7：制备金属阴极：使用真空蒸镀的方法使金属阴极附着于空穴阻挡层BCP之上。
2.根据权利要求1所述的一种提高倒置结构钙钛矿太阳能电池开路电压和填充因子的方法，其特征在于：在S2步骤中，真空沉积少量高功函金属的具体步骤为：紫外光照射处理ITO阳极玻璃基底5分钟，将基片移入蒸镀室，在～5×10-5Pa的大气压强条件下，以7Hz/s的速率蒸镀100Hz纯度为99.999％的Cu，待Cu自然降温到室温后拿出基片。
3.根据权利要求1所述的一种提高倒置结构钙钛矿太阳能电池开路电压和填充因子的方法，其特征在于：在S2步骤中，所述高功函金属为金、银、铜、镍或钴。
4.根据权利要求1所述的一种提高倒置结构钙钛矿太阳能电池开路电压和填充因子的方法，其特征在于：在S2步骤中，沉积高功函金属的方法包括溅射、热蒸镀或电子束。
5.根据权利要求1所述的一种提高倒置结构钙钛矿太阳能电池开路电压和填充因子的方法，其特征在于：在S2步骤中，真空条件下沉积得到的高功函金属的厚度为1-500Hz。
6.根据权利要求1所述的一种提高倒置结构钙钛矿太阳能电池开路电压和填充因子的方法，其特征在于：在S2步骤中，真空条件下沉积得到的高功函金属呈现不连续的岛状形貌。
7.根据权利要求1所述的一种提高倒置结构钙钛矿太阳能电池开路电压和填充因子的方法，其特征在于：在S2步骤中，真空条件下沉积得到的高功函金属的阴极表面的导电性增强。
8.根据权利要求1所述的一种提高倒置结构钙钛矿太阳能电池开路电压和填充因子的方法，其特征在于：所述光活性层为钙钛矿吸光体。
9.根据权利要求1所述的一种提高倒置结构钙钛矿太阳能电池开路电压和填充因子的方法，其特征在于：在S4步骤中，先将目标基底70℃预热10分钟，再将PbI2旋涂液滴在基底上，以4000rpm的转速立刻旋涂，旋涂30s后，放置在70℃热台上退火5分钟，随后将MAI和MACl的混合旋涂液滴在已制备好的PbI2膜层上，以6000rpm的转速旋涂30s，然后移到空气中，放置在100℃热板上退火30分钟。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110212093A (zh) * | 2019-04-18 | 2019-09-06 | 上海黎元新能源科技有限公司 | 一种太阳能电池及其制备方法 |
Citations (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1617355A (zh) * | 2004-12-09 | 2005-05-18 | 复旦大学 | 一种新型的有机太阳能电池结构及其制备方法 |
| CN101132055A (zh) * | 2007-09-28 | 2008-02-27 | 天津理工大学 | 一种能提高有机电致发光器件亮度和效率的器件及制法 |
| CN102290529A (zh) * | 2010-06-18 | 2011-12-21 | 海洋王照明科技股份有限公司 | 单层有机太阳能电池及其制备方法 |
| CN102881830A (zh) * | 2012-09-28 | 2013-01-16 | 北京大学 | 一种有机太阳能电池及其制备方法 |
| WO2013151142A1 (ja) * | 2012-04-05 | 2013-10-10 | コニカミノルタ株式会社 | 有機光電変換素子およびこれを用いた太陽電池 |
| CN103746077A (zh) * | 2014-01-03 | 2014-04-23 | 武汉大学苏州研究院 | 一种有机无机复合的太阳能电池及其制备方法 |
| CN104425745A (zh) * | 2013-08-22 | 2015-03-18 | 海洋王照明科技股份有限公司 | 有机电致发光器件及其制备方法 |
| US20160087234A1 (en) * | 2014-02-03 | 2016-03-24 | Global Frontier Center For Multiscale Energy Systems | Organic solar cell comprising nano-bump structure and manufacturing method therefor |
| JP2016178204A (ja) * | 2015-03-20 | 2016-10-06 | 株式会社東芝 | 有機光電変換素子及びその製造方法 |
| WO2017073472A1 (ja) * | 2015-10-29 | 2017-05-04 | 国立研究開発法人物質・材料研究機構 | 高信頼性ペロブスカイト太陽電池 |
| CN106960909A (zh) * | 2017-03-27 | 2017-07-18 | 陈胜红 | 一种高效率倒置有机光伏电池及其制备方法 |
| CN108400242A (zh) * | 2018-02-01 | 2018-08-14 | 王敏帅 | 一种底电极型柔性钙钛矿太阳能电池及其制备方法 |
| CN108807675A (zh) * | 2018-05-07 | 2018-11-13 | 南京邮电大学 | 一种表面钝化钙钛矿薄膜的太阳能电池制备方法 |
-
2018
- 2018-11-15 CN CN201811365077.3A patent/CN109390474A/zh active Pending
Patent Citations (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1617355A (zh) * | 2004-12-09 | 2005-05-18 | 复旦大学 | 一种新型的有机太阳能电池结构及其制备方法 |
| CN101132055A (zh) * | 2007-09-28 | 2008-02-27 | 天津理工大学 | 一种能提高有机电致发光器件亮度和效率的器件及制法 |
| CN102290529A (zh) * | 2010-06-18 | 2011-12-21 | 海洋王照明科技股份有限公司 | 单层有机太阳能电池及其制备方法 |
| WO2013151142A1 (ja) * | 2012-04-05 | 2013-10-10 | コニカミノルタ株式会社 | 有機光電変換素子およびこれを用いた太陽電池 |
| CN102881830A (zh) * | 2012-09-28 | 2013-01-16 | 北京大学 | 一种有机太阳能电池及其制备方法 |
| CN104425745A (zh) * | 2013-08-22 | 2015-03-18 | 海洋王照明科技股份有限公司 | 有机电致发光器件及其制备方法 |
| CN103746077A (zh) * | 2014-01-03 | 2014-04-23 | 武汉大学苏州研究院 | 一种有机无机复合的太阳能电池及其制备方法 |
| US20160087234A1 (en) * | 2014-02-03 | 2016-03-24 | Global Frontier Center For Multiscale Energy Systems | Organic solar cell comprising nano-bump structure and manufacturing method therefor |
| JP2016178204A (ja) * | 2015-03-20 | 2016-10-06 | 株式会社東芝 | 有機光電変換素子及びその製造方法 |
| WO2017073472A1 (ja) * | 2015-10-29 | 2017-05-04 | 国立研究開発法人物質・材料研究機構 | 高信頼性ペロブスカイト太陽電池 |
| CN106960909A (zh) * | 2017-03-27 | 2017-07-18 | 陈胜红 | 一种高效率倒置有机光伏电池及其制备方法 |
| CN108400242A (zh) * | 2018-02-01 | 2018-08-14 | 王敏帅 | 一种底电极型柔性钙钛矿太阳能电池及其制备方法 |
| CN108807675A (zh) * | 2018-05-07 | 2018-11-13 | 南京邮电大学 | 一种表面钝化钙钛矿薄膜的太阳能电池制备方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| QIAN, MIN等: "Planar Perovskite solar cells with 15.75% Power conversion efficiency by cathode and anode interfacial modification", 《JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY A》 * |
| TIEN-CHAI LIN等: "Annealing effect of ITO and ITO/Cu transparent conductive films in low pressure hydrogen atmosphere", 《MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING B》 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110212093A (zh) * | 2019-04-18 | 2019-09-06 | 上海黎元新能源科技有限公司 | 一种太阳能电池及其制备方法 |
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