CN112928216B - 一种高透明度太阳能电池的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于光伏器件领域，具体涉及一种高透明度太阳能电池的制备方法。解决了溶剂型涂料危险性大和清洁难度大的问题。制备方法为：ITO玻璃基底通过化学试剂洗涤后，将PEDOT旋涂于ITO玻璃基底，并通过物理处理；处理后的ITO玻璃基底上涂覆溶解有CuSCN的二乙硫醚溶液；后将ITO基底移入真空仓进行C60和BCP的蒸镀；将AgNWs加入PH1000的溶液中形成混合液，混合完成后旋涂于PDMS之上；将旋涂有PH1000:AgNWs的PDMS倒置，压在得到的上述转印电极前的器件上；取下PDMS，高透明度太阳能电池的制备。通过使用制备的高透明度的电极和高透明度吸光材料，可以制备得到高透明度的器件，AVT可超过73％,甚至可超80％。

Description

一种高透明度太阳能电池的制备方法
技术领域
本发明属于光伏器件领域，具体涉及一种高透明度太阳能电池的制备方法。
背景技术
透明光伏(TPV)技术的发展可以支持大面积区域的部署，例如可以集成到建筑物，车辆和农业温室中的玻璃窗等。它在发电的同时节省了空间，并且不影响个人感官。在TPV中，我们需要的高透明度的器件，是通过转换太阳光谱的不可见区域的光来产生光电子。然而可见光区域在整个太阳光谱占到很大的比例。由于光伏组件的原理是将太阳能转化为电能。因此，当器件在可见光区域的吸光能力降低时，相应地器件效率性能就有所降低。即当太阳能电池的透明度越高，其光电转换效率(PCE)越低。总体平均可见透明度(AVT)是评估TPV的关键参数。如前所述，TPV制备的难点在于平衡AVT和PCE。所以，为了制备高透明度的太阳能电池器件，需要寻找高透明度的电极以及设计在可见光区域吸光弱，在非可见光区域吸光强的材料结构。
发明内容
本发明提供了一种高透明度太阳能电池的制备方法，通过使用制备的高透明度的电极和高透明度的吸光材料，可以制备得到高透明度的器件，器件AVT可超过73。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案具体如下：
一种高透明度太阳能电池的制备方法，包括
转印电极前的器件制备：
ITO玻璃基底通过化学试剂洗涤后，将PEDOT旋涂于ITO玻璃基底，并通过物理处理；处理后的ITO玻璃基底上涂覆溶解有CuSCN的二乙硫醚溶液；后将ITO玻璃基底移入真空仓进行C60和BCP的蒸镀；
透明电极的制备：
将AgNWs加入PH1000的溶液中形成混合液，混合完成后旋涂于PDMS之上；
高透明度太阳能电池器件的成型：
将旋涂有PH1000:AgNWs的PDMS倒置，压在得到的转印电极前的器件上；取下PDMS，完成高透明度太阳能电池的制备。
所述ITO和PH1000:AgNWs电极可互换，且ITO或PH1000:AgNWs可同时作为顶电极和底电极。所述ITO玻璃基底洗涤的化学试剂为：表面活性剂，去离子水和异乙醇；依次通过表面活性剂，去离子水和异乙醇超声洗涤后烘干ITO玻璃基底。
所述PEDOT通过分散于去离子水或乙醇中，配制PEDOT溶液，将其旋涂于ITO基底,所述PEDOT与去离子水或乙醇的体积比1∶0～1∶1000。
所述CuSCN在二乙硫醚溶剂中的浓度为0.1-100mg/mL。
所述C60的蒸镀范围是0.1nm到40nm。
BCP材料真空蒸镀沉积于ITO玻璃基底上的厚度为0-20nm。
Ag NWs在PH1000中的体积比为0-100％。
所述AgNWs的替代材料有：铜纳米线、碳纳米管、石墨烯及其上述两种或两种以上的混合材料。
所述PEDOT溶液的替代材料有：MoO3、P3HT、CuI、CuPc、CuMePc、TT80、ZnPc、TiOPc、PF8-TAA、PIF8-TAA、ZnS、PTAA、PTB7、Alq3、CuSCN、PFO、CuInS2、Li0.05Mg0.15Ni0.8O、NiOx、WO3、PTB7-Th、PCDTBT、PCBDTBT、PDPP3T、PDPPDBTE、PTB-BO、Spiro-OMeTADde一种或一种以上的混合材料。
所述BCP材料的替代材料有：PDINO、ZnO、MgO、SnO2、TiO2、ZrO2、Nb2O3、Al2O3、PEIE、PFN-Br、PFSO3Na、PFN/PFBT、Alq3一种或一种以上的混合材料。
所述C60的替代材料有：PCBM、ICBA、ITIC、P3HT、PM6、Y6、BTP-eC7、BTP-eC9、BTP-eC11、BTP-4Cl、IEICO-4F、IEICO、IEICO-4Cl、ClAlPc、CyTPFB、CyTRIS、CyTFM、CyPF6、CyI、IDIC、IDIC-4F、IDIC-4Cl、IDTN、ITIC、ITTC、ITCT、PTIC一种或一种以上的混合材料。
本发明的有益效果为：(1)掺杂银纳米线之后，PH1000电极薄膜的方阻明显降低，从141±31Ω/sq降到84±22Ω/sq。
(2)无论是否加入银纳米线，制备的PH1000薄膜AVT均高于73％。
(3)利用转印的方法制备电极，相比于常用的真空沉积方法制备金属电极，该转印方法在室温下制备，方便调控，转移过程制备迅速。
(4)该透明电极的AVT很高，在玻璃基底上转印PH1000：AgNWs电极，AVT可达85％。
(5)巧妙设计利用CuSCN/C60类异质结结构，C60类作为吸光材料。
(6)利用设计的器件结构，制备得到的太阳能电池器件的AVT可超73％，甚至可达80％以上，对应的80％以上AVT的器件PCE可超0.3％。
附图说明
图1为制备的PH1000：AgNWs透明电极的形貌；
图2为电极转印的过程示意图；
图3为制备的器件和双层玻璃的透过率(T)和反射率(R)的比较图；
图4为制备得到的高透明度器件的光电转换效率图；
图5为制备得到的高透明度器件的结构示意图；
图6为制备得到的高透明度器件的透过率(T)和反射率(R)谱图。
图7为制备得到的不同高透明度电极的透过率(T)和反射率(R)谱图。
图8为引入电极前后器件薄膜的透过率(T)和反射率(R)谱图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体的实施例进一步的说明本发明的技术方案：
实施例一
一种高透明度太阳能电池的制备方法的具体制备方法如下
步骤1：ITO玻璃基底依次用表面活性剂，去离子水和异乙醇超声洗涤，各10分钟，烘干后留用。
步骤2：将PEDOT分散于去离子水或乙醇中，可不加入溶剂稀释，也可稀释至无限低浓度，配制PEDOT溶液，可在室温下将其旋涂于ITO玻璃基底，4000rpm旋涂25s,80℃以上退火5分钟。冷却至室温后，将基底移入氮气手套箱内。
步骤3：将CuSCN溶于二乙硫醚溶剂中,配制浓度在0.1-100mg/mL。旋涂于之前转入手套箱的基底上。2000rpm旋涂25s,100℃退火10分钟。
步骤4：冷却后，将上一步得到的基底移入真空仓进行真空沉积。C60可蒸镀不同厚度，从0.1nm到40nm。
步骤5：在C60之后继续真空蒸镀沉积1-20nm的BCP。
步骤6：将AgNWs加入PH1000的溶液中形成混合液，Ag NWs在PH1000中的体积比可为0％-100％。混合完成后旋涂于PDMS之上，2000rpm旋涂20s,在空气中晾2min，制备完成后的PH1000:AgNWs如图1所示。
步骤7：将旋涂有PH1000:Ag NWs的PDMS倒置，压在第5步中得到的沉积有BCP的基底上。然后缓慢揭下PDMS，如图2所示过程，可将PH1000:Ag NWs沉积在BCP的顶部，高透明度太阳能电池的制备，如图5所示。
图3为制备的器件和双层玻璃的透过率(T)和反射率(R)的比较图。此图中TPV器件的C60层为5nm厚，该器件AVT可达82.6％。双层玻璃的AVT是82％。
图4为制备得到的高透明度器件的光电转换效率图，器件的PCE大于0.3％。
图6为制备得到的高透明度器件的透过率(T)和反射率(R)谱图，器件的PCE大于0.3％。当C60厚度为20nm时，得到的TPV器件可达80.2％。当C60厚度为5nm时，得到的TPV器件可高达82.6％。
图7为在玻璃基底上转印不同的电极得到的透过率(T)和反射率(R)的比较图。可以看到制备的不同电极的AVT均大于73％。
图8为在转印电极前后的器件薄膜的透过率(T)和反射率(R)的比较图。引入电极前，器件薄膜的透光率自身很高，其AVT大于73％，在引入电极之后，整个TPV器件的透光率AVT大于73％。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种高透明度太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括
转印电极前的器件制备：
ITO玻璃基底通过化学试剂洗涤后，将PEDOT旋涂于ITO玻璃基底，并通过物理处理；处理后的ITO玻璃基底上涂覆溶解有CuSCN的二乙硫醚溶液；后将ITO玻璃基底移入真空仓进行C60和BCP的蒸镀；
透明电极的制备：
将AgNWs加入PH1000的溶液中形成混合液，混合完成后旋涂于PDMS之上；
高透明度太阳能电池器件的成型：
将旋涂有PH1000:AgNWs的PDMS倒置，压在得到的转印电极前的器件上；取下PDMS，完成高透明度太阳能电池的制备，其中
所述C60的蒸镀范围是0.1nm到40nm，以及
BCP材料真空蒸镀沉积于ITO玻璃基底上的厚度为1-20nm。
2.根据权利要求1所述的一种高透明度太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述ITO和PH1000:AgNWs电极可互换，且ITO或PH1000:AgNWs可同时作为顶电极和底电极；所述ITO玻璃基底洗涤的化学试剂为：表面活性剂，去离子水和异乙醇；依次通过表面活性剂，去离子水和异乙醇超声洗涤后烘干ITO玻璃基底。
3.根据权利要求1所述的一种高透明度太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述PEDOT通过分散于去离子水或乙醇中，配制PEDOT溶液，将其旋涂于ITO基底,所述PEDOT与去离子水或乙醇的体积比1∶0～1∶1000。
4.根据权利要求1所述的一种高透明度太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述CuSCN在二乙硫醚溶剂中的浓度为0.1-100mg/mL。
5.根据权利要求1所述的一种高透明度太阳能电池的制备方法，其特征在于，Ag NWs在PH1000中的体积比为0-100％，
所述AgNWs的替代材料有：铜纳米线、碳纳米管、石墨烯及其上述两种或两种以上的混合材料。
6.根据权利要求1或3所述的一种高透明度太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述PEDOT溶液的替代材料有：MoO3、P3HT、CuI、CuPc、CuMePc、TT80、ZnPc、TiOPc、PF8-TAA、PIF8-TAA、ZnS、PTAA、PTB7、Alq3、CuSCN、PFO、CuInS2、Li0.05Mg0.15Ni0.8O、NiOx、WO3、PTB7-Th、PCDTBT、PCBDTBT、PDPP3T、PDPPDBTE、PTB-BO、Spiro-OMeTADde一种或一种以上的混合材料。
7.根据权利要求1所述的一种高透明度太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述BCP材料的替代材料有：PDINO、ZnO、MgO、SnO2、TiO2、ZrO2、Nb2O3、Al2O3、PEIE、PFN-Br、PFSO3Na、PFN/PFBT、Alq3一种或一种以上的混合材料。
8.根据权利要求1所述的一种高透明度太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述C60的替代材料有：PCBM、ICBA、ITIC、P3HT、PM6、Y6、BTP-eC7、BTP-eC9、BTP-eC11、BTP-4Cl、IEICO-4F、IEICO、IEICO-4Cl、ClAlPc、CyTPFB、CyTRIS、CyTFM、CyPF6、CyI、IDIC、IDIC-4F、IDIC-4Cl、IDTN、ITIC、ITTC、ITCT、PTIC一种或一种以上的混合材料。
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