CN109841741A - 一种高效钙钛矿太阳能电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高效钙钛矿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1、石墨烯‑二氧化钛复合薄膜2、钙钛矿薄膜3、并五苯薄膜4、金属电极5。本发明的优点在于：一是利用石墨烯‑二氧化钛复合薄膜增强对光的俘获，增加光生载流子的数量，降低电池的串联电阻，增大光电流；二是利用并五苯和钙钛矿优良的能级匹配性，且并五苯在与钙钛矿的交界面处会形成向下的能带弯曲，有利于空穴在界面的提取，同时由于并五苯最低未占据态分子轨道能级较高，可以有效降低光生电子和空穴在界面处的复合，从而有效提高电池的光电转换效率。
Description
技术领域
本发明属新能源领域，具体涉及一种高效钙钛矿太阳能电池及其制备方法。
背景技术
当今社会，人们对于能源的需求不断增加，对可持续能源的充分利用和开发已经成为了一项重要的国家战略任务。薄膜太阳能电池的研究已成为了科研工作者的研究重点，例如铜铟镓硒薄膜太阳能电池、碲化镉薄膜太阳能电池、石墨烯太阳能电池、钙钛矿薄膜太阳能电池等等。在薄膜太阳能电池中，硫化镉、氧化锌以及二氧化钛等宽禁带材料已被广泛用作太阳能电池的窗口层材料，而相比通常使用的二氧化钛，石墨烯-二氧化钛复合薄膜的优势更为突出。石墨烯的引入，不仅降低了光生电子和空穴的复合、电池的串联电阻以及电荷的复合损失，还增强了对光的捕获，增加了光生载流子的数量，增大了光电流。此外，石墨烯-二氧化钛复合薄膜的制备方法更为简单，在低温条件下就可以实施，有利于实现大批量生产。此外，并五苯在并苯类有机小分子材料中具有最小的带隙，且迁移率可达到0.3-1.5cm2/V•s。并五苯薄膜呈类金字塔结构，能有效增大表面积，增加光的吸收，很适合用做太阳能电池的空穴传输层材料。自2009年钙钛矿结构的太阳能电池第一次被研制出来，钙钛矿CH3NH3PbX3(X代表卤族元素）以其低成本、高效率、高消光系数、长载流子寿命等特点便引起了科技界的轰动。在过去近十年中，钙钛矿薄膜太阳能电池的研究尽管取得了较大的发展，但其光电转换效率仍然有很大的提升空间。
发明内容
为了进一步提高钙钛矿太阳能电池的光电转化效率，本发明提供了一种高效钙钛矿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、石墨烯-二氧化钛复合薄膜、钙钛矿薄膜、并五苯薄膜、金属电极。所述透明导电衬底为FTO导电玻璃或ITO导电玻璃或ZTO导电玻璃或石墨烯；所述石墨烯-二氧化钛复合薄膜作为电子传输层；所述钙钛矿薄膜作为吸收层；所述并五苯薄膜作为空穴传输层；所述一种高效钙钛矿太阳能电池的制备过程包括以下步骤：首先，在透明导电衬底上利用水热法或喷雾热解法制备石墨烯-二氧化钛复合薄膜；接着，在石墨烯-二氧化钛复合薄膜上利用溶液-气相沉淀法或一步溶液法或两步连续沉积法或蒸发法沉积钙钛矿薄膜；然后，在钙钛矿薄膜上利用物理气相沉积法或真空蒸镀法沉积并五苯薄膜；最后，在并五苯薄膜和透明导电衬底上利用丝网印刷法或蒸镀法分别沉积金属正面和背面电极，即制得所述的太阳能电池。本发明的优点在于：一是石墨烯-二氧化钛复合薄膜可增强对光的捕获，从而增加光生载流子的数量，并且石墨烯-二氧化钛复合薄膜能有效降低电池的串联电阻，增大光电流；二是并五苯和钙钛矿具有优良的能级匹配性，且并五苯在与钙钛矿的交界面处会形成向下的能带弯曲，有利于空穴在界面的提取，同时由于并五苯最低未占据态分子轨道能级较高，可以有效阻止电子向空穴层迁移，从而降低光生电子和空穴在界面处的复合，提高钙钛矿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高效钙钛矿太阳能电池的层结构示意图。
附图1标号说明：
1—透明导电衬底；
2—石墨烯-二氧化钛复合薄膜；
3—钙钛矿薄膜；
4—并五苯薄膜；
5—金属电极。
具体实施方式
下面结合附图1和具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明内容不仅限于实施例中涉及的内容。
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、石墨烯-二氧化钛复合薄膜2、钙钛矿薄膜3、并五苯薄膜4、金属电极5。
实施例一：一种高效钙钛矿太阳能电池的制备方法，按照以下步骤：
首先，在FTO导电玻璃衬底上利用水热法制备石墨烯-二氧化钛复合薄膜；接着，在石墨烯-二氧化钛复合薄膜上利用一步溶液法沉积钙钛矿薄膜；然后，在钙钛矿薄膜上利用物理气相沉积法制备并五苯薄膜；最后，在并五苯薄膜和FTO导电玻璃衬底上利用蒸镀法分别沉积金属银正面和背面电极，即制得所需要的太阳能电池。
实施例二：首先，在ITO导电玻璃衬底上利用喷雾热解法制备石墨烯-二氧化钛复合薄膜；接着，在石墨烯-二氧化钛复合薄膜上利用两步连续沉积法沉积钙钛矿薄膜；然后，在钙钛矿薄膜上利用真空蒸镀法沉积并五苯薄膜；最后，在并五苯薄膜和ITO导电玻璃衬底上利用丝网印刷法分别沉积金属铝正面和背面电极，即制得所需要的太阳能电池。
实施例三：首先，在ZTO导电玻璃衬底上利用水热法制备石墨烯-二氧化钛复合薄膜；接着，在石墨烯-二氧化钛复合薄膜上利用溶液-气相沉淀法制备钙钛矿薄膜；然后，在钙钛矿薄膜上利用真空蒸镀法制备并五苯薄膜；最后，在并五苯薄膜和ZTO导电玻璃衬底上利用丝网印刷法分别制备金属铝正面和背面电极，即制得所需要的太阳能电池。
实施例四：首先，在石墨烯衬底上利用喷雾热解法制备石墨烯-二氧化钛复合薄膜；接着，在石墨烯-二氧化钛复合薄膜上利用溶液-气相沉淀法制备钙钛矿薄膜；然后，在钙钛矿薄膜上利用真空蒸镀法制备并五苯薄膜；最后，在并五苯薄膜和石墨烯衬底上利用蒸镀法分别制备金属银正面和背面电极，即制得所需要的太阳能电池。
Claims (6)
1.一种高效钙钛矿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、石墨烯-二氧化钛复合薄膜、钙钛矿薄膜、并五苯薄膜、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FTO导电玻璃或ITO导电玻璃或ZTO导电玻璃或石墨烯。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述石墨烯-二氧化钛复合薄膜为电子传输层。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述钙钛矿薄膜为吸收层。
5.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述并五苯薄膜为空穴传输层。
6.一种如权利要求1所述的太阳能电池的制备方法，其特征在于，首先，在透明导电衬底上利用水热法或喷雾热解法沉积石墨烯-二氧化钛复合薄膜；接着，在石墨烯-二氧化钛复合薄膜上利用溶液-气相沉淀法或一步溶液法或两步连续沉积法或蒸发法沉积钙钛矿薄膜；然后，在钙钛矿薄膜上利用物理气相沉积法或真空蒸镀法沉积并五苯薄膜；最后，在并五苯薄膜和透明导电衬底上利用丝网印刷法或蒸镀法分别沉积金属正面和背面电极，即制得所述的太阳能电池。
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