CN112786793A - 复合载流子传输层及其制备方法、太阳能电池和发光器件 - Google Patents

复合载流子传输层及其制备方法、太阳能电池和发光器件 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种复合载流子传输层及其制备方法、太阳能电池和发光器件，涉及太阳能光伏技术领域。其中，在通过溶液涂敷法在基底上制备了第一载流子传输层后，采用金属材料通过沉积‑氧化制备金属氧化物层，由于金属材料易于沉积，可以对第一载流子传输层上的缺陷进行填补，从而得到更均匀、致密的薄膜，金属氧化物层与第一载流子传输层构成的复合载流子传输层在实现载流子传输的功能时，由于具有更平整的表面结构和对透明导电衬底更高的覆盖率，因此，能够有效减少载流子的界面非辐射复合，提升发光器件或太阳能电池的转换效率。

Description

复合载流子传输层及其制备方法、太阳能电池和发光器件
技术领域
本发明涉及太阳能光伏技术领域，特别是涉及一种复合载流子传输层及其制备方法、太阳能电池和发光器件。
背景技术
与沉积方法相比，溶液涂敷法制备薄膜具有工艺简单、成本低廉、操作简便、对设备的要求低等优点，从而被广泛应用于电子器件的制备中，如有机太阳能电池(OrganicPhotovoltage，OPV)、有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode，OLED)、钙钛矿电池(Perovskite Solar Cells，PSC)和钙钛矿LED(Perovskite Light Emitting Diode，PeLED)的制备。
在具体的制备过程中，通常是先配制前驱体溶液，再将前驱体溶液涂敷在透明导电衬底上，并通过热处理工艺使溶剂挥发，以形成载流子传输层。此时，可以在载流子传输层上进一步通过溶液涂敷制备其他的活性层等，从而制备发光器件或太阳能电池。
但是，由于制备工艺中载流子传输层上可能存在较多的、不同种类的缺陷，从而导致活性层不能与载流子传输层形成良好的接触，或活性层穿过载流子传输层与透明导电衬底直接接触，导致漏电流的产生和增大，影响器件的效率。
发明内容
本发明提供一种复合载流子传输层及其制备方法、太阳能电池和发光器件，旨在提升复合载流子传输层的表面平整性以及透明导电衬底覆盖率，从而形成活性层与复合载流子传输层的良好接触，避免漏电，提高电池的功率。
第一方面，本发明实施例提供了一种复合载流子传输层的制备方法，该方法可以包括：
在基底上涂敷前驱体溶液，获得前驱体溶液的涂层；
对所述前驱体溶液的涂层进行热处理，获得第一载流子传输层；
在所述第一载流子传输层上采用金属材料以预设沉积速度制备金属颗粒层，所述金属颗粒层的厚度为0.1nm～10nm；
对所述金属颗粒层进行氧化获得金属氧化物层。
可选地，所述第一载流子传输层为电子传输层，所述第一载流子传输层的材料为功函数小于或等于6eV的n型半导体材料；
或，
所述第一载流子传输层为空穴传输层，所述第一载流子传输层的材料为功函数小于或等于3eV的p型半导体材料、功函数大于或等于5eV的n型半导体材料中的任一种。
可选地，所述金属氧化物层与所述第一载流子传输层的导电类型相同，或，所述金属氧化物层为绝缘层。
可选地，所述金属材料的标准电极电势为-2.400V～0V。
可选地，所述金属材料包括Al、Zr、Ti、Mg、Sn、Zn、Ni中的至少一种。
可选地，所述在所述第一载流子传输层上采用金属材料以预设沉积速度制备金属颗粒层，包括：
控制所述基底以1rpm～20rpm的旋转速度进行旋转，并在第一载流子传输层上采用金属材料以小于或等于
Figure BDA0002858593740000021
的沉积速度制备金属颗粒层。
可选地，所述基底或所述第一载流子传输层为无机材料，所述对所述金属颗粒层进行氧化得到金属氧化物层，包括：
在氧化气氛中将所述金属颗粒层加热至300℃～800℃，保持10分钟～120分钟，得到金属氧化物层。
可选地，所述基底或所述第一载流子传输层为有机材料，所述对所述金属颗粒层进行氧化得到金属氧化物层，包括：
对所述金属颗粒层进行电化学阳极氧化，所述电化学阳极氧化的氧化环境包括酸性环境、碱性环境和中性环境中的任一种；
所述对所述金属颗粒层进行电化学阳极氧化之后，还包括：
对所述金属氧化物层进行退火。
第二方面，本发明还提供了一种复合载流子传输层，所述复合载流子传输层包括：
第一载流子传输层、金属氧化物层，所述第一载流子传输层位于基底表面，所述金属氧化物层形成于所述第一载流子传输层上；
所述第一载流子传输层具有n型或p型导电类型；
所述第一载流子传输层为非连续薄膜；
至少部分所述金属氧化物层填充于所述第一载流子传输层的非连续区域。
可选地，所述第一载流子传输层为电子传输层，所述第一载流子传输层的材料为功函数小于或等于6eV的n型半导体材料。
或，
可选地，所述第一载流子传输层为空穴传输层，所述第一载流子传输层的材料为功函数小于或等于3eV的p型半导体材料、功函数大于或等于5eV的n型半导体材料中的任一种。
可选地，所述金属氧化物层与所述第一载流子传输层的导电类型相同，或，所述金属氧化物为绝缘层。
可选地，所述金属材料的标准电极电势为-2.400V～0V。
可选地，所述金属材料包括Al、Zr、Ti、Mg、Sn、Zn、Ni中的至少一种。
可选地，所述金属氧化物层的形成方法为：
在所述第一载流子传输层上采用金属材料以预设沉积速度制备金属颗粒层，所述金属颗粒层的厚度为0.1nm～10nm；
对所述金属颗粒层进行氧化得到金属氧化物层。
第三方面，本发明还提供了一种太阳能电池，该太阳能电池包括第二方面所述的复合载流子传输层。
第四方面，本发明还提供了一种发光器件，该发光器件包括第二方面所述的复合载流子传输层。
本发明实施例中，在通过溶液涂敷法在基底上制备了第一载流子传输层后，采用金属材料通过沉积-氧化制备金属氧化物层，由于金属材料易于沉积，可以对第一载流子传输层上的缺陷进行填补，从而得到更均匀、致密的薄膜，金属氧化物层与第一载流子传输层构成的复合载流子传输层在实现载流子传输的功能时，由于具有更平整的表面结构和对透明导电衬底更高的覆盖率，因此，能够有效减少载流子的界面非辐射复合，提升发光器件或太阳能电池的转换效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了现有技术中透明导电衬底-载流子传输层-活性层结构的剖面示意图；
图2示出了本发明实施例提供的一种复合载流子传输层的制备方法的步骤流程图；
图3示出了本发明实施例提供的另一种复合载流子传输层的制备方法的步骤流程图；
图4示出了本发明实施例提供的一种金属颗粒层的结构示意图；
图5示出了本发明实施例提供的一种复合载流子传输层的结构示意图。
附图标记说明：
图1：101-透明导电衬底；102-载流子传输层；103-活性层；1021-凹陷缺陷；1022-孔洞缺陷；
图4：401-透明导电衬底；402-第一载流子传输层；403-金属颗粒层；4021-凹陷缺陷；4022-孔洞缺陷；
图5：404-金属氧化物层；405-复合载流子传输层。
具体实施方式
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、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1示出了现有技术中透明导电衬底-载流子传输层-活性层结构的剖面示意图，如图1所示，该结构包括透明导电衬底101、载流子传输层102、活性层103。
现有技术中，由于载流子传输层102通过溶液涂敷法制备，在溶剂挥发、薄膜热处理和晶粒生长的过程中，易形成多种结构缺陷，如凹陷缺陷1021、孔洞缺陷1022等缺陷，使得载流子传输层102不连续、不平整。再进一步通过溶液涂敷在载流子传输层102上制备活性层时，如图1所示，由于溶液表面张力的作用，活性层103的前驱体溶液难以充分填充凹陷缺陷1021出现空隙，使得活性层103与载流子传输层102不能良好的接触，影响发光器件或太阳能电池的转换效率；或者，活性层103的前驱体溶液填充孔洞缺陷1022，由于在孔洞缺陷1022透明导电衬底101未被载流子传输层102覆盖，导致活性层103与透明导电衬底101直接接触，产生并增大漏电电流，进一步影响发光器件或太阳能电池的效率。
图2示出了本发明实施例提供的一种复合载流子传输层的制备方法的步骤流程图，如图2所示，该方法可以包括：
步骤201、在基底上涂敷前驱体溶液，获得前驱体溶液的涂层。
本发明实施例中，由于太阳能电池通常包括两个载流子传输层，用于收集、迁移不同种类的载流子，因此，复合载流子传输层可以是复合电子传输层，也可以是复合空穴传输层，此时，既可以在透明导电衬底上直接制备复合载流子传输层，此时基底仅包括透明导电衬底；也可以在活性层上制备复合载流子传输层，从而避免进一步在复合载流子传输层上通过溶液法制备的其他膜层存在与载流子传输层接触不良、直接与活性层接触的问题，此时，基底包括透明导电衬底、活性层，以及在透明导电衬底与活性层间存在的载流子传输层，该载流子传输层可以是现有的载流子传输层，也可以是复合载流子传输层，本发明实施例对此不作具体限制。
本发明实施例中，透明导电衬底可以是镀有透明导电薄膜的刚性透明衬底或柔性透明衬底，可选地，刚性透明衬底可以是玻璃衬底，柔性透明衬底可以是PET(Polyethyleneglycol Terephthalate，聚对苯二甲酸乙二醇酯)衬底、PEN(Polyethylene naphthalatetwo formic acid glycol ester，聚萘二甲酸乙二醇酯)衬底等，透明导电薄膜可以是ITO(Indium Tin Oxide，铟掺杂氧化锡)、FTO(Fluorine Tin Oxide，)、AZO(Aluminum ZincOxide，铝掺杂氧化锌)等，本发明实施例对此不作具体限制。
本发明实施例中，根据第一载流子传输层的种类不同，前驱体溶液的种类也不相同，其中，涂敷前驱体溶液可以是在基底上对前驱体溶液进行旋涂、浸涂、刮涂、喷涂等，从而获得基底上的前驱体溶液的涂层，在基底为透明导电衬底的情况下，涂层可以位于透明导电衬底的任意侧面，在基底包括光吸收层或发光层的情况下，涂层应位于光吸收层或发光层远离透明导电衬底的侧面，本发明实施例对此不作具体限制。
步骤202、对所述前驱体溶液的涂层进行热处理，获得第一载流子传输层。
本发明实施例中，可以对前驱体溶液的涂层进行热处理，以使得前驱体溶液的涂层脱除溶剂以形成薄膜，获得第一载流子传输层，其中，在前驱体溶液配制、涂敷以及涂层的热处理过程的操作可能导致第一载流子传输层在微观形貌上，不可避免的出现孔洞缺陷、凹陷缺陷等。
步骤203、在所述第一载流子传输层上采用金属材料以预设沉积速度制备金属颗粒层，所述金属颗粒层的厚度为0.1nm～10nm。
本发明实施例中，金属材料指呈颗粒状的、标准状态下其氧化物可以稳定存在的金属单质，当所述的金属单质的标准电极电势在-2.400V～0V范围内时，其对应的氧化物在标准状态下可以稳定存在，在第一载流子传输层上沉积金属颗粒层时，由于颗粒状的金属材料与透明导电衬底具有更多的接触界面，因此，在热力学上，金属材料沉积在孔洞缺陷、凹陷缺陷上可以使得体系的能量更低，此时，在沉积过程中，金属材料能够优先充分填充第一载流子传输层的凹陷缺陷以及孔洞缺陷，从而填平第一载流子传输层上的缺陷。
本发明实施例中，可以采用物理气相沉积的方法制备金属颗粒层，可选地，可以是热蒸发沉积、电子束蒸发沉积、激光蒸发沉积等，由于在沉积速度过快时，金属材料可能更倾向于在非凹陷或非孔洞的高处富集，导致第一载流子层的凹陷缺陷、孔洞缺陷无法得到有效的填充，因此，需要调节金属材料的沉积速度为预设沉积速度，预设沉积速度小于金属材料向高处富集的最小沉积速度，从而能够保证对第一载流子层上凹陷、孔洞等缺陷的充分填充。可选地，还可以控制基底在沉积过程中处于旋转状态下，以得到更均匀地填充效果，提升金属颗粒层的均匀性。
本发明实施例中，对金属颗粒层进行后续氧化时，为避免金属颗粒层出现开裂等缺陷，可以在沉积过程中对金属颗粒层的厚度进行控制，使得金属颗粒层可达到填充凹陷、孔洞缺陷的效果即可，如在采用金属材料进行沉积制备金属颗粒层时，可以调整金属颗粒层的厚度为0.1nm～10nm，如可以是0.1nm、0.5nm、1nm、5nm、10nm等，从而避免金属颗粒层过厚导致后续氧化过程中发生开裂，产生缺陷，本发明实施例对金属颗粒层的具体厚度不作限制
步骤204、对所述金属颗粒层进行氧化得到金属氧化物层。
本发明实施例中，可以对金属颗粒层进行氧化，使得金属颗粒层中的金属材料转化为其对应的氧化物，以得到金属氧化物层，金属氧化物层对第一载流子氧化层上的缺陷进行了填充，使得第一载流子传输层与金属氧化物层构成的复合载流子传输层表面平整、连续、衬底覆盖率高，能有效减少载流子的界面非辐射复合，从而提高发光器件或太阳能电池的性能。
本发明实施例中，通过调节金属材料的类型、氧化工艺等，还可以采用金属材料对第一载流子传输层进行掺杂，从而达到调节载流子传输层能级结构的效果，本领域技术人员可以根据需求的能级结构进行金属材料的选择。
本发明实施例中，在通过溶液涂敷法在基底上制备了第一载流子传输层后，采用金属材料通过沉积-氧化制备金属氧化物层，由于金属材料易于沉积，可以对第一载流子传输层上的缺陷进行填补，从而得到更均匀、致密的薄膜，使得第一载流子传输层与金属氧化物层构成的复合载流子传输层平整、连续，具有更平整的表面结构和对透明导电衬底更高的覆盖率，因此，能够有效减少载流子的界面非辐射复合，提升发光器件或太阳能电池的转换效率。
图3示出了本发明实施例提供的另一种复合载流子传输层的制备方法的步骤流程图，如图3所示，该方法可以包括：
步骤301、在基底上涂敷前驱体溶液，获得前驱体溶液的涂层。
本发明实施例中，步骤301可对应参照前述步骤201的相关描述，为避免重复，在此不做赘述。
本发明实施例中，在基底为透明导电衬底的情况下，可以在涂敷前驱体溶液前对透明导电衬底进行清洗，以保证后续涂敷的效果。
步骤302、对所述前驱体溶液的涂层进行热处理，获得第一载流子传输层。
本发明实施例中，步骤302可以对应参照前述步骤202的相关描述，为避免重复，在此不做赘述。其中，对前驱体溶液的涂层进行热处理的过程中，控制热处理的温度和时间使得溶剂挥发即可，根据溶剂种类的不同可以选择不同的温度和时间，本发明实施例对此不作具体限制。
可选地，所述第一载流子传输层为电子传输层，所述第一载流子传输层的材料为功函数小于或等于6eV的n型半导体材料。
本发明实施例中，第一载流子传输层可以是电子传输层，当第一载流子传输层为电子传输层时，其材料可以是功函数小于或等于6eV的n型半导体材料，如第一载流子传输层的材料可以是氧化锌、氧化钛、氧化锡、PC61BM([6,6]-Phenyl C61 butyric acid methylester，1-[3-(甲氧羰基)丙基]-1-苯基-[6.6]C61)、PC71BM([6,6]-Phenyl C71 butyricacid methyl ester，1-[3-(甲氧羰基)丙基]-1-苯基-[6.6]C61)、TPBi(1,3,5-Tris(1-phenyl-1H-benzimidazol-2-yl)benzene，1,3,5-三(1-苯基-1H-苯并咪唑-2-基)苯)、石墨烯等。
可选地，所述第一载流子传输层为空穴传输层，所述第一载流子传输层的材料为功函数小于或等于3eV的p型半导体材料、功函数大于或等于5eV的n型半导体材料中的任一种。
本发明实施例中，第一载流子传输也可以为空穴传输层，当第一载流子传输层为空穴传输层时，第一载流子传输层的材料可以为功函数小于或等于3eV的p型半导体材料或功函数大于或等于5eV的n型半导体材料，如第一载流子传输层的材料可以是硫氰化亚铜、碘化亚铜、氧化亚铜、氧化铜、铬酸亚铜、氧化镍、Spiro-OMeTAD(2,2',7,7'-Tetrakis-9,9'-spirobifluorene，2,2,7,7-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9-螺二芴)、PTAA(poly(triaryl amine),聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺])、PEDOT:PSS(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)-poly(styrenesulfonate)，聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸))、TFB(9,9-dioctylfluorene-co-N-(4-butylphenyl)diphenylamine，9,9-二辛基芴-CO-N-(4-丁基苯基)二苯胺)、F8(9,9-di-n-octylfluorenyl-2,7-diyl，9,9-二辛基芴)、TPD(N,N’-diphenyl-N,N’-bis(3-methyllphenyl)-(1,1’-biphenyl)-4,4’-diamine,N，N'-二苯基-N，N'-二(3-甲苯基)-1，1'-联苯-4，4'二胺)等。
可选地，所述金属氧化物层与所述第一载流子传输层的导电类型相同，或，所述金属氧化物层为绝缘层。
本发明实施例中，金属氧化物层可以与第一载流子传输层的导电类型相同的膜层，也可以是绝缘层，其中，在金属氧化物层与第一载流子传输层的导电类型相同时，可选地，第一载流子传输层的材料可以和金属氧化物层相同，第一载流子传输层的材料也可以是与金属氧化物不同的材料，本发明实施例对此不做具体限制。
本发明实施例中，第一载流子传输层的材料可以是无机材料，也可以是有机材料，在第一载流子传输层的材料为无机材料的情况下，第一载流子传输层的晶粒尺寸可以为1nm～2000nm，第一载流子传输层上的孔洞缺陷、凹陷缺陷等的尺寸在10nm～100nm之间，表面粗糙度为1nm～30nm；在第一载流子传输层的材料为有机材料的情况下，第一载流子传输层上的孔洞缺陷、凹陷缺陷等的尺寸在1nm～50nm之间，表面粗糙度为1nm～20nm。由上述内容可以看出，第一载流子传输层的材料不同时，缺陷结构的大小、表面粗糙度也有所不同，但可以看出不同材料的第一载流子传输层均存在尺寸范围较大的缺陷结构，且表面较为不平整。
步骤303、控制所述基底以1rpm～20rpm的旋转速度进行旋转，并在第一载流子传输层上采用金属材料以小于或等于
Figure BDA0002858593740000091
的沉积速度制备金属颗粒层，所述金属颗粒层的厚度为0.1nm～10nm。
本发明实施例中，在对金属材料进行沉积的过程中，可以控制基底以1rpm～20rpm的旋转速度进行旋转，以使金属材料更加均匀的沉积在第一载流子传输层上，此时，预设沉积速度可以是小于或等于
Figure BDA0002858593740000092
在较小的沉积速度下，金属材料可以充分填充第一载流子传输层上的缺陷结构。
可选地，所述金属材料的标准电极电势为-2.400V～0V。
可选地，所述金属材料包括Al、Zr、Ti、Mg、Sn、Zn、Ni中的至少一种
本发明实施例中，金属材料可以选择标准电极电势在-2.400V～0V之间的金属材料，如可以是Al(铝)、Zr(锆)、Ti(钛)、Mg(镁)、Sn(锡)、Zn(锌)、Ni(镍)等，本发明实施例对此不作具体限制。
图4示出了本发明实施例提供的一种金属颗粒层的结构示意图，如图4所示，包括透明导电衬底401、第一载流子传输层402以及金属颗粒层403，金属颗粒层403中不同的圆点表示金属材料的不同颗粒，其中，金属颗粒层403填充了第一载流子传输层402上的凹陷缺陷4021以及孔洞缺陷4022等不连续区域。
可选地，所述基底或所述第一载流子传输层为无机材料，所述步骤303之后，包括：
步骤304、在氧化气氛中将所述金属颗粒层加热至300℃～800℃，保持10分钟～120分钟，得到金属氧化物层。
本发明实施例中，基底或第一载流子传输层为无机材料时，可以通过热处理氧化的方式对金属颗粒层进行氧化，包括在氧化气氛下将金属颗粒层加热到300℃～800℃，并保持10分钟～120分钟，从而获得包括金属材料的氧化物的金属氧化物层，其中，氧化气氛包括具有氧化性的气体气氛，对金属颗粒层的加热温度可以是300℃、350℃、400℃、600℃、800℃等，温度的保持时间可以是10分钟、15分钟、20分钟、50分钟、100分钟、120分钟等，本发明实施例对此不作具体限制。
可选地，所述基底或所述第一载流子传输层为无机材料。
所述步骤303之后，包括：
步骤305、对所述金属颗粒层进行电化学阳极氧化，得到金属氧化物层，所述电化学阳极氧化的氧化环境包括酸性环境、碱性环境和中性环境中的任一种。
本发明实施例中，基底或第一载流子传输层为无机材料，可以通过电化学阳极氧化的方式对金属颗粒层进行氧化，其中，电化学阳极氧化通常是指在相应的氧化环境下，在外加电流的作用中形成氧化膜，可选地，氧化环境可以是酸性环境、碱性环境和中性环境中的任一种。
步骤306、对所述金属氧化物层进行退火。
本发明实施例中，为了提升金属氧化物层的致密度，消除缺陷，在电化学阳极氧化后，还可以对金属氧化物层进行退火处理，可选地，可以是将金属氧化物层加热至退火温度，并保持一定时间再冷却，从而降低残余应力，消除缺陷、提升金属氧化物层的致密度。
可选地，所述步骤306，包括：
步骤S11、根据所述基底和所述第一载流子传输层的耐受温度，确定所述金属氧化物层的退火温度。
本发明实施例中，为了避免在退火处理中，温度升高损坏其他膜层，可以先确定基底、第一载流子传输层等的耐受温度，其中，耐受温度指膜层不发生损伤的最高温度，可以根据耐受温度确定退火处理中的退火温度，退火温度应小于或等于耐受温度，以避免退火温度过高损坏其他膜层，可选地，退火温度可以小于或等于150℃。
步骤S12、在所述退火温度下，对所述金属氧化物层处理10分钟～120分钟，以进行退火处理。
本发明实施例中，在根据耐受温度确定退火温度后，可以在该退火温度下对金属氧化物层进行退火处理，其中，可以处理10分钟～120分钟，如可以是10分钟、15分钟、20分钟、50分钟、100分钟、120分钟等。
可选地，所述金属氧化物层的金属材料的晶粒尺寸为1nm～50nm，所述金属氧化物层的粗糙度为0.1nm～10nm。
本发明实施例中，为了保证金属材料沉积在第一载流子传输层的孔洞缺陷和凹陷缺陷中，金属材料的晶粒尺寸小于孔洞缺陷、凹陷缺陷等的尺寸，如金属材料的晶粒尺寸可以是1nm～50nm，可以看出在第一载流子传输层上形成的金属氧化物层的粗糙度为0.1nm～10nm，有效降低了第一载流子传输层的粗糙度，提升了表面平整性与对透明导电衬底的覆盖率。
图5示出了本发明实施例提供的一种复合载流子传输层的结构示意图，如图5所示，在图4的基础上，对金属颗粒层403进行热氧化处理，获得金属氧化物层404，此时，第一载流子传输层402与金属氧化物层404构成位于透明导电衬底401上的复合载流子传输层405。
本发明实施例中，第一载流子传输层、金属氧化物层的材料相同时，两层之间的界面处会发生相互的渗透和扩散，或者两层之间没有清晰的分界线，此时，可以通过两层的晶粒尺寸鉴定和区分复合载流子传输层的结构；第一载流子传输层、金属氧化物层的材料不同时，两层之间会有明显的界面区分，此时，既可以通过晶粒尺寸区分层结构，也可以通过元素种类检测和区分不同的层结构。
本发明实施例中，在通过溶液涂敷法在基底上制备了第一载流子传输层后，采用金属材料通过沉积-氧化制备金属氧化物层，由于金属材料易于沉积，可以对第一载流子传输层上的缺陷进行填补，从而得到更均匀、致密的薄膜，金属氧化物层与第一载流子传输层构成的复合载流子传输层在实现载流子传输的功能时，由于具有更平整的表面结构和对透明导电衬底更高的覆盖率，因此，能够有效减少载流子的界面非辐射复合，提升发光器件或太阳能电池的转换效率。
本发明实施例还提供了一种复合载流子传输层，该复合载流子传输层包括：
第一载流子传输层、金属氧化物层，所述金属氧化物层形成于所述第一载流子传输层上。
所述第一载流子传输层具有n型或p型导电类型。
所述第一载流子传输层为非连续薄膜。
至少部分所述金属氧化物层填充于所述第一载流子传输层的非连续区域。
本发明实施例中，复合载流子传输层包括位于基底表面的第一载流子传输层，以及形成于第一载流子传输层上的金属氧化物层，第一载流子传输层在制备过程中受限于制备工艺，易形成不同的缺陷，从而使得第一载流子传输层为非连续薄膜，存在不平整、不连续的缺陷，其中，缺陷对应的区域为第一载流子传输层的非连续区域；金属氧化物层形成于第一载流子传输层上，因此，在形成过程中，可以至少部分的填充于第一载流子传输层的非连续区域，使得第一载流子传输层与金属氧化物层构成的复合载流子传输层平整、连续，与其他活性层形成充分、良好的接触，提高太阳能电池的转换效率。另外，基底可对应参照前述图2中步骤202对基底的相关描述，为避免重复，在此不再赘述。
本发明实施例中，第一载流子传输层的导电类型可以是N型也可以是P型，即第一载流子传输层可以是电子传输层，也可以是空穴传输层，可以参照前述图3中步骤302的相关描述，为避免重复，在此不再赘述。
可选地，所述金属氧化物层与所述第一载流子传输层的导电类型相同，或，所述金属氧化物为绝缘层。
本发明实施例中，关于金属氧化物层可对应参照图3中步骤302的相关描述，为避免重复，在此不再赘述。
可选地，所述金属材料的标准电极电势为-2.400V～0V。
可选地，所述金属材料包括Al、Zr、Ti、Mg、Sn、Zn、Ni中的至少一种。
本发明实施例中，关于金属材料可对应参照图3中步骤303的相关描述，为避免重复，在此不再赘述。
可选地，所述金属氧化物层的形成方法为：
在所述第一载流子传输层上采用金属材料以预设沉积速度制备金属颗粒层，所述金属颗粒层的厚度为0.1nm～10nm；
对所述金属颗粒层进行氧化得到金属氧化物层。
本发明实施例中，金属氧化物的形成方法可对应参照前述步骤203至步骤204的相关描述，为避免重复，在此不做赘述。
本发明实施例中，复合载流子传输层位于基底表面，包括第一载流子传输层和金属氧化物层，在通过溶液涂敷法在基底上制备了第一载流子传输层后，采用金属材料通过沉积-氧化制备金属氧化物层，由于金属材料易于沉积，可以对第一载流子传输层上的缺陷进行填补，从而得到更均匀、致密的薄膜，金属氧化物层与第一载流子传输层构成的复合载流子传输层在实现载流子传输的功能时，由于具有更平整的表面结构和对透明导电衬底更高的覆盖率，因此，能够有效减少载流子的界面非辐射复合，提升发光器件或太阳能电池的转换效率。
本发明实施例还提供了一种太阳能电池，该太阳能电池包括前述复合载流子传输层。
本发明实施例还提供了一种发光器件，该发光器件包括前述复合载流子传输层。
实施例1
透明导电衬底为刚性透明衬底，第一载流子传输层和金属氧化物层材料相同。
在本发明实施例中，透明导电衬底采用FTO导电玻璃，第一载流子传输层采用TiO2，金属颗粒层采用Ti，符合载流子传输层的制备方法包括：
将FTO导电玻璃分别在清洗剂、去离子水、丙酮、异丙醇中超声清洗15min；
在清洗后的FTO导电玻璃上旋涂钛酸四异丙酯的异丙醇溶液，浓度0.3M，旋涂速度3000rpm，时间20s，获得FTO导电玻璃上钛酸四异丙酯的异丙醇溶液的涂层；
将旋涂后的钛酸四异丙酯的异丙醇溶液的涂层在100℃烘干10min，500℃热处理30分钟后，得到了“FTO/TiO2(旋涂)”的“透明导电衬底/第一载流子传输层”结构，TiO2(旋涂)层的厚度50nm～60nm；
在“FTO/TiO2(旋涂)”结构上蒸镀一层Ti金属颗粒层，厚度为2nm，蒸镀速度为
Figure BDA0002858593740000141
得到“FTO/TiO2(旋涂)/Ti金属颗粒层”结构；
将“FTO/TiO2(旋涂)/Ti金属颗粒层”结构在空气气氛下，500℃热处理1小时后，得到“FTO/TiO2(旋涂)/TiO2(沉积-氧化)”的“透明导电衬底/第一载流子传输层/金属氧化物层”结构的复合载流子传输层。
实施例2
透明导电衬底为刚性透明衬底，第一载流子传输层和金属氧化物层材料不同；
在本发明实施例中，透明导电衬底采用FTO导电玻璃，第一载流子传输层采用ZnO，金属颗粒层采用Ti；
将FTO导电玻璃分别在清洗剂、去离子水、丙酮、异丙醇中超声清洗15min；
在清洗后的FTO导电玻璃上旋涂氧化锌纳米颗粒的乙醇溶液，浓度为0.35M，旋涂速度4000rpm，时间30秒，获得FTO导电玻璃上氧化锌纳米颗粒的乙醇溶液的涂层；
将旋涂后的氧化锌纳米颗粒的乙醇溶液的涂层在150℃烘干15min后，得到了“FTO/ZnO(旋涂)”的“透明导电衬底/第一载流子传输层”结构，ZnO(旋涂)层的厚度为30nm～50nm；
在“FTO/ZnO(旋涂)”结构上蒸镀一层Ti金属颗粒层，厚度为3nm，蒸镀速度为
Figure BDA0002858593740000151
得到“FTO/ZnO(旋涂)/Ti金属颗粒层”结构；
将“FTO/ZnO(旋涂)/Ti金属颗粒层”结构在空气气氛下、450℃热处理1小时后，最终得到“FTO/ZnO(旋涂)/TiO2(沉积-氧化)”的“透明导电衬底/第一载流子传输层/金属氧化物层”结构的复合载流子传输层；
实施例3
透明导电衬底为柔性透明衬底，第一载流子传输层和金属氧化物层材料相同；
在本发明实施例中，透明导电衬底采用PEN-ITO导电薄膜衬底，第一载流子传输层采用SnO2，金属颗粒层采用Sn；
将PEN-ITO导电衬底分别在清洗剂、去离子水、丙酮、异丙醇中超声清洗15min；
在清洗后的PEN-ITO导电衬底上旋涂3wt％的纳米SnO2的水溶液，旋涂速度4000rpm，旋涂时间20s，获得PEN-ITO导电衬底上的纳米SnO2的水溶液地涂层；
将旋涂后纳米SnO2的水溶液地涂层在150℃热处理30min后，得到“PEN-ITO/SnO2(旋涂)”的“透明导电衬底/第一载流子传输层”结构，SnO2(旋涂)层的厚度为40nm～80nm；
在“PEN-ITO/SnO2(旋涂)”结构上蒸镀一层Sn金属颗粒层，厚度为5nm，蒸镀速度为
Figure BDA0002858593740000161
得到“PEN-ITO/SnO2(旋涂)/Sn金属颗粒层”结构。
将“PEN-ITO/SnO2(旋涂)/Sn金属颗粒层”结构作为阳极，Pt电极作为阴极，在0.5M硫酸电解液中进行阳极氧化，反应电压为10V～20V，反应时间为1min～10min，得到“PEN-ITO/SnO2(旋涂)/Sn(沉积-氧化)”的“透明导电衬底/第一载流子传输层/金属氧化物层”结构的复合载流子传输层。
实施例4
透明导电衬底为柔性透明衬底，第一载流子传输层和金属氧化物层不同。
在本发明实施例中，透明导电衬底采用PEN-ITO导电薄膜衬底，第一载流子传输层采用PEDOT:PSS，金属颗粒层采用Ni；
将PEN-ITO导电衬底分别在清洗剂、去离子水、丙酮、异丙醇中超声清洗15min；
在清洗后的PEN-ITO导电衬底上旋涂PEDOT:PSS溶液(贺利氏AI4083)，旋涂速度3000rpm，时间20s，将旋涂后的衬底在140℃热处理15min后，得到“PEN-ITO/PEDOT:PSS(旋涂)”的“透明导电衬底/第一载流子传输层”结构，其中，PEDOT:PSS(旋涂)层的厚度为40nm～100nm；
在“PEN-ITO/PEDOT:PSS(旋涂)”结构上蒸镀一层Ni金属颗粒层，厚度为4nm，蒸镀速度为
Figure BDA0002858593740000162
得到“PEN-ITO/PEDOT:PSS(旋涂)/Ni金属颗粒层”结构；
将“PEN-ITO/PEDOT:PSS(旋涂)/Ni金属颗粒层”结构作为阳极，Pt电极作为阴极，在1M的硫酸电解液中进行阳极氧化，反应电压为1V～10V，反应时间为1min～30min，结束阳极氧化后再将透明导电衬底在160℃热处理2小时，以增加薄膜致密度，得到“PEN-ITO/PEDOT:PSS(旋涂)/NiO(沉积-氧化)”的“透明导电衬底/第一载流子传输层/金属氧化物层”结构的复合载流子传输层。
需要说明的是，对于方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本申请实施例并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本申请实施例，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作并不一定都是本申请实施例所必须的。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (15)

1.一种复合载流子传输层的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
在基底上涂敷前驱体溶液，获得前驱体溶液的涂层；
对所述前驱体溶液的涂层进行热处理，获得第一载流子传输层；
在所述第一载流子传输层上采用金属材料以预设沉积速度制备金属颗粒层，所述金属颗粒层的厚度为0.1nm～10nm；
对所述金属颗粒层进行氧化得到金属氧化物层。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一载流子传输层为电子传输层，所述第一载流子传输层的材料为功函数小于或等于6eV的n型半导体材料；
或，
所述第一载流子传输层为空穴传输层，所述第一载流子传输层的材料为功函数小于或等于3eV的p型半导体材料、功函数大于或等于5eV的n型半导体材料中的任一种。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述金属氧化物层与所述第一载流子传输层的导电类型相同，或，所述金属氧化物层为绝缘层。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述金属材料的标准电极电势为-2.400V～0V。
5.根据权利要求4所述的制备方法，所述金属材料包括Al、Zr、Ti、Mg、Sn、Zn、Ni中的至少一种。
6.根据权利要求1～5所述的制备方法，其特征在于，所述在所述第一载流子传输层上采用金属材料以预设沉积速度制备金属颗粒层，包括：
控制所述基底以1rpm～20rpm的旋转速度进行旋转，并在第一载流子传输层上采用金属材料以小于或等于
Figure FDA0002858593730000011
的沉积速度制备金属颗粒层。
7.根据权利要求1～5所述的制备方法，其特征在于，所述基底或所述第一载流子传输层为无机材料，所述对所述金属颗粒层进行氧化得到金属氧化物层，包括：
在氧化气氛中将所述金属颗粒层加热至300℃～800℃，保持10分钟～120分钟，得到金属氧化物层。
8.根据权利要求1～5所述的制备方法，其特征在于，所述基底或所述第一载流子传输层为有机材料，所述对所述金属颗粒层进行氧化得到金属氧化物层，包括：
对所述金属颗粒层进行电化学阳极氧化，得到金属氧化物层，所述电化学阳极氧化的氧化环境包括酸性环境、碱性环境和中性环境中的任一种；
所述对所述金属颗粒层进行电化学阳极氧化之后，还包括：
对所述金属氧化物层进行退火。
9.一种复合载流子传输层，其特征在于，所述复合载流子传输层包括：
第一载流子传输层、金属氧化物层，所述第一载流子传输层位于基底表面，所述金属氧化物层形成于所述第一载流子传输层上；
所述第一载流子传输层具有n型或p型导电类型；
所述第一载流子传输层为非连续薄膜；
至少部分所述金属氧化物层填充于所述第一载流子传输层的非连续区域。
10.根据权利要求9所述的复合载流子传输层，其特征在于，所述金属氧化物层与所述第一载流子传输层的导电类型相同，或，所述金属氧化物为绝缘层。
11.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述金属材料的标准电极电势为-2.400V～0V。
12.根据权利要求11所述的复合载流子传输层，所述金属材料包括Al、Zr、Ti、Mg、Sn、Zn、Ni中的至少一种。
13.根据权利要求9～12所述的复合载流子传输层，其特征在于，所述金属氧化物层的形成方法为：
在所述第一载流子传输层上采用金属材料以预设沉积速度制备金属颗粒层，所述金属颗粒层的厚度为0.1nm～10nm；
对所述金属颗粒层进行氧化得到金属氧化物层。
14.一种太阳能电池，其特征在于，所述太阳能电池包括权利要求9～13任一项所述的复合载流子传输层。
15.一种发光器件，其特征在于，所述发光器件包括权利要求9～13任一项所述的复合载流子传输层。
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GR01 Patent grant
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