CN114300618A - 一种柔性钙钛矿太阳能电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种柔性钙钛矿太阳能电池及其制备方法，属于太阳能电池技术领域。所述柔性钙钛矿太阳能电池为单结电池或叠层电池，在负载有底电极的柔性衬底上沉积有载流子传输层1、有机半导体分子桥接层和钙钛矿吸光层1，通过在氧化物载流子传输层1与钙钛矿吸光层1之间插入一层具有与氧化物相同导电类型的有机半导体分子桥接层，利用有机半导体分子桥接层的应力缓冲作用，即吸收并均化弯曲过程中氧化物传输层和钙钛矿吸光层1之间的弯曲应力，减少应力集中释放带来的器件破坏，从而显著提高柔性钙钛矿单结和叠层太阳能电池的弯曲耐折度。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种柔性钙钛矿太阳能电池及其制备方法。
背景技术
相比于传统刚性的太阳能电池，柔性太阳能电池由于其轻质、可弯曲和可穿戴等特点而有望在多种军用和国民经济关键领域实现应用，如航天航空、无人机、军用飞行器、消费电子、电动汽车以及建筑。柔性太阳能电池能很好地与卷对卷生产工艺兼容而实现电池的高通量生产，进而极大地降低太阳能电池的生产成本。此外，轻质的特点有利于太阳能电池的存储、运输和安装，从而进一步降低电池系统的成本。目前，已经有许多种类的柔性太阳能电池被相继开发。其中，柔性钙钛矿太阳能电池由于具有转化效率高、原材料成本低廉、制备工艺简单等突出优点而被广泛研究。得益于钙钛矿材料的高光学吸收系数、高载流子扩散长度和高缺陷容忍度，在过去11年间，刚性单结钙钛矿太阳能电池的效率从3.8%迅速提升到了25.5%。与此同时，柔性单结钙钛矿太阳能电池的效率也迅速从2.62%提升到了21.7%，展现出了巨大的潜力。然而，柔性钙钛矿太阳能电池的效率相比于刚性钙钛矿太阳能电池仍有较大的差距，这不利于其实际应用的开发。
目前高效率的单结柔性钙钛矿太阳能电池主要基于氧化铟锡（ITO）透明导电柔性衬底，在钙钛矿薄膜与透明电极之间主要采用氧化物作为载流子传输层。然而，由于ITO、氧化物传输层和钙钛矿薄膜的柔韧性并不够好，因此这一类柔性钙钛矿太阳能电池虽然效率较高，但在一定曲率半径下（如R=15 mm）反复弯曲后的性能稳定性（弯曲耐折度）却不够理想，通常弯曲几千次就会出现明显的性能下降，严重影响了这一类高性能柔性钙钛矿太阳能电池的实际应用。因此，如何同时获得高效率且高弯曲耐折度的柔性钙钛矿太阳能电池成为了一大挑战。
发明内容
针对上述柔性钙钛矿太阳能电池弯曲耐折度和光电转化效率不足的问题，本发明在氧化物载流子传输层1上锚定了一层有机半导体分子层，使其同时起到应力缓冲层和界面钝化层的作用，从而显著提高柔性钙钛矿单结和叠层电池的弯曲耐折度和光电转化效率。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种柔性钙钛矿太阳能电池，为单结电池或叠层电池，其中：
所述单结电池由下至上依次包括：柔性衬底、底电极、载流子传输层1、有机半导体分子桥接层、钙钛矿吸光层1、载流子传输层2和顶电极；
所述叠层电池由下至上依次包括：柔性衬底、底电极、载流子传输层1、有机半导体分子桥接层、钙钛矿吸光层1、载流子传输层2、隧穿复合层、载流子传输层3、钙钛矿吸光层2、载流子传输层4和顶电极；
所述载流子传输层1由p型无机半导体氧化物或n型无机半导体氧化物制成；
所述有机半导体分子桥接层由一种或多种可以锚定在氧化物表面的p型有机半导体分子或n型有机半导体分子制成；所述有机半导体分子一端连接有可以锚定在氧化物表面的锚定官能团，包括但不限于硅烷基团、羧酸基团和磷酸基团等，而另一端连接有咔唑基团及其各种衍生物。
在本发明中，所述有机半导体分子锚定在氧化物表面是指有机半导体分子利用其一端的锚定官能团通过与氧化物表面发生一定的相互作用（包括但不限于形成共价键、配位键、氢键等）而结合到氧化物的表面，其中硅烷基团、羧酸基团和磷酸基团三种不同锚定官能团在氧化物表面的锚定机理可参考文献Adv. Energy Mater. 2020, 2002989。
上述柔性钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，准备沉积有底电极的柔性衬底；
步骤2，以物理或化学的沉积方式在底电极上沉积一层无机半导体氧化物薄膜，形成载流子传输层1；
步骤3，将一种或多种具有锚定基团的有机半导体分子以液相或气相法沉积到氧化物薄膜表面，通过有机半导体分子的锚定基团与氧化物的相互作用使其在氧化物表面锚定，形成有机半导体分子桥接层；
步骤4，将钙钛矿溶液沉积到有机半导体分子桥接层上，得到钛矿吸光层1；
步骤5，在钛矿吸光层1上沉积载流子传输层2；
步骤6，在载流子传输层2上沉积顶电极，即可得到单结电池；
在步骤5的载流子传输层2和步骤6的顶电极之间分别沉积隧穿复合层、载流子传输层3、钙钛矿吸光层2和载流子传输层4，即可得到叠层电池。
有益效果：本发明通过在氧化物载流子传输层1与钙钛矿吸光层1之间插入一层有机半导体分子桥接层，利用有机半导体分子桥接层的应力缓冲作用，即吸收并均化弯曲过程中氧化物传输层和钙钛矿吸光层1之间的弯曲应力，减少应力集中释放带来的器件破坏，从而显著提高柔性钙钛矿单结和叠层太阳能电池的弯曲耐折度。同时，桥接在氧化物传输层上的有机分子也能有效钝化氧化物传输层与钙钛矿吸光层1之间的界面缺陷，并改善氧化物传输层的表面能级和载流子抽取能力，从而进一步提高柔性钙钛矿单结和叠层太阳能电池的转化效率。这样使得本发明所制备的柔性钙钛矿单结和叠层太阳能电池同时具备了优异的弯曲耐折度与高的光电转化效率。
附图说明
图1为本发明中的柔性钙钛矿太阳能电池的单结电池结构示意图。
图2为本发明中的柔性钙钛矿太阳能电池的叠层电池结构示意图。
图3为基于纯NiO纳米颗粒薄膜和有机半导体分子层桥接的NiO纳米颗粒薄膜（MB-NiO）的柔性钙钛矿单结太阳能电池在弯曲半径为10 mm条件下器件归一化光电转化效率（PCE）随器件弯曲循环次数（Bending cycles）的变化曲线。插图为柔性钙钛矿单结太阳能电池弯曲的实物照片。
图4为基于纯NiO纳米颗粒薄膜和有机半导体分子层桥接的NiO纳米颗粒薄膜（MB-NiO）的钙钛矿吸光层1在弯曲半径为10 mm条件下弯曲10000次后的扫描电子显微镜（SEM）图片。
图5为基于不同2PACz和MeO-2PACz混合摩尔比例的有机半导体分子桥接层的柔性钙钛矿单结太阳能电池的光电转化效率（PCE）统计对比图。
图6为基于纯NiO纳米颗粒薄膜和有机半导体分子层桥接的NiO纳米颗粒薄膜（MB-NiO）的柔性钙钛矿单结太阳能电池的J-V曲线。
图7为基于纯NiO纳米颗粒薄膜和有机半导体分子层桥接的NiO纳米颗粒薄膜（MB-NiO）的柔性钙钛矿/钙钛矿两端叠层太阳能电池在弯曲半径为15 mm条件下器件归一化光电转化效率（PCE）随器件弯曲循环次数（Bending cycles）的变化曲线。插图为柔性钙钛矿/钙钛矿两端叠层太阳能电池弯曲的实物照片。
图8为基于纯NiO纳米颗粒薄膜和有机半导体分子层桥接的NiO纳米颗粒薄膜（MB-NiO）的柔性钙钛矿/钙钛矿两端叠层太阳能电池的J-V曲线。
具体实施方式
目前，柔性钙钛矿太阳能电池的效率相比于刚性钙钛矿太阳能电池仍有较大的差距，这不利于其实际应用的开发。构建叠层电池结构则可以通过拓宽光谱吸收范围和减小光生载流子的热弛豫损失，提升太阳能电池的极限效率。然而，尽管刚性钙钛矿/钙钛矿叠层太阳能电池发展迅速，但目前柔性钙钛矿/钙钛矿叠层太阳能电池的研究国内外还几乎处于空白，亟需相应技术的开发。目前高效率的柔性钙钛矿太阳能电池主要基于氧化铟锡（ITO）透明导电柔性衬底，在钙钛矿薄膜与透明电极之间主要采用氧化物作为载流子传输层。由于ITO、氧化物传输层和钙钛矿薄膜的柔韧性并不够好，因此这一类柔性钙钛矿太阳能电池虽然效率较高，但在一定曲率半径下（如R=15 mm）反复弯曲后的性能稳定性（弯曲耐折度）却一直不够理想。这严重影响了这一类高性能柔性钙钛矿太阳能电池的实际应用。而在柔性钙钛矿/钙钛矿叠层太阳能电池中，由于增加了一层电池的厚度，其弯曲耐折度将会进一步下降，更不利于其实际应用。因此，如何同时获得高效率且高弯曲耐折度的柔性钙钛矿太阳能电池成为了一大挑战。
本发明提供了一种耐弯折的柔性钙钛矿太阳能电池，其单结电池结构如图1所示，由下至上依次包括：柔性衬底、底电极、载流子传输层1、有机半导体分子桥接层、钙钛矿吸光层1、载流子传输层2和顶电极；其叠层电池结构如图2所示，由下至上依次包括柔性衬底、底电极、载流子传输层1、有机半导体分子桥接层、钙钛矿吸光层1、载流子传输层2、隧穿复合层、载流子传输层3、钙钛矿吸光层2、载流子传输层4和顶电极。本发明通过在氧化物载流子传输层1与钙钛矿吸光层1之间插入一层具有与氧化物相同导电类型的有机半导体分子桥接层，利用有机半导体分子桥接层的应力缓冲作用，即吸收并均化弯曲过程中氧化物传输层和钙钛矿吸光层1之间的弯曲应力，减少应力集中释放带来的器件破坏，从而显著提高柔性钙钛矿单结和叠层太阳能电池的弯曲耐折度。同时，桥接在氧化物传输层上的有机分子也能有效钝化氧化物传输层与钙钛矿吸光层1之间的界面缺陷，并改善氧化物传输层的表面能级和载流子抽取能力，从而进一步提高柔性钙钛矿单结和叠层太阳能电池的转化效率。
所述柔性衬底可以为有机聚合物衬底、金属箔片或柔性超薄玻璃，其中有机聚合物可以为但不限于聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN）、聚酰亚胺（PI）、聚二甲基硅氧烷（PDMS）等；金属箔片可以为但不限于铜箔、银箔、金箔、铝箔、钛箔、不锈钢箔等。
所述底电极和顶电极可为透明导电氧化物、金属、导电有机物或导电碳材料，其中透明导电氧化物可以为但不限于氧化铟锡（ITO）、氧化铟锌（IZO）、氧化铟钨（IWO）、掺氟氧化锡（FTO）、掺铝氧化锌（AZO）等；金属可以采用但不限于金、银、铝、铜等一种或多种金属材料的组合；导电有机物可以为但不限于高导的聚3，4-乙烯二氧噻吩-聚苯乙烯磺酸盐（PEDOT-PSS）等；导电碳材料可以是但不限于碳纳米管、石墨烯以及其它碳电极材料的一种或多种材料的组合。
所述载流子传输层1为p型或n型无机半导体氧化物制备而成的薄膜。其中p型无机半导体氧化物可以是但不限于氧化镍（NiO）、氧化钼（MoO3）、氧化亚铜（Cu2O）等，n型无机半导体氧化物可以是但不限于氧化钛（TiO2）、氧化锡（SnO2）、氧化锌（ZnO）、氧化钒（V2O5）、氧化锌锡（Zn2SnO4）等。其物相可以是但不限于单晶、多晶、非晶、纳米晶颗粒或胶体颗粒；其制备方法包括但不限于磁控溅射法、电子束蒸发法、分子束外延法、气相或液相化学沉积法、原子层沉积法、水热法或溶胶凝胶法等。
所述有机半导体分子桥接层由一种或多种可以锚定在氧化物表面的p型或n型有机半导体分子制成。优选地，所述有机半导体分子为一端连接有可以锚定在氧化物表面的锚定官能团，如硅烷基团、羧酸基团和磷酸基团等，而另一端连接有咔唑基团及其各种衍生物；所述有机半导体分子锚定在氧化物表面是指有机半导体分子利用其一端的锚定官能团通过与氧化物表面发生一定的相互作用（包括但不限于形成共价键、配位键、氢键等）而结合到氧化物的表面，其中硅烷基团、羧酸基团和磷酸基团三种不同锚定官能团在氧化物表面的锚定机理可参考文献Adv. Energy Mater. 2020, 2002989。
部分有潜力的有机半导体分子的结构通式如下式所示：
上式中各个字母的代表含义如下：
X表示为可以锚定在氧化物表面的锚定官能团，包括但不限于硅烷基团、羧酸基团、磷酸基团等，在本发明中，锚定官能团主要起到将有机半导体分子结合到氧化物表面的作用，不同锚定官能团之间的简单替换对于有机半导体分子桥接层所起到的应力缓冲作用并不会产生显著的影响；
R表示为单键、取代或未取代的C1-20烷基，优选为取代或未取代的C1-10烷基；
R1-R8分别独立的表示为单个原子（如氢原子、卤素原子等）、取代或未取代的C1-20烷基（优选取代或未取代的C1-10烷基），或者其它官能团（如甲氧基、胺基、羟基、羧基、酰基、硼酸基团、苯环等）；
大写字母N为咔唑基团中的氮元素。
符合上述分子结构通式的有机半导体分子有很多，在此列举部分具有代表性并有潜力应用到本发明中的有机半导体分子的具体分子结构：
上述分子结构仅代表部分有潜力应用到本发明中的有机半导体分子，所述机半导体分子不局限于上述分子结构。
所述载流子传输层2和4为与载流子传输层1所用氧化物导电类型相反的n型/p型的有机或无机半导体材料所制备而成的薄膜。其中n型的半导体材料可以是可以为但不限于氧化钛（TiO2）、氧化锡（SnO2）、氧化锌（ZnO）、富勒烯（C60）、石墨烯、富勒烯衍生物[6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯(PCBM)等一种或多种材料的组合；p型的半导体材料可以为但不限于聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]（PTAA）、2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴（Spiro-MeOTAD）、聚3，4-乙烯二氧噻吩-聚苯乙烯磺酸盐（PEDOT-PSS）、氧化镍（NiO）、氧化钼（MoO3）、氧化亚铜（Cu2O）等一种或多种材料的组合。
所述隧穿复合层可以是透明导电氧化物所制备的致密薄膜，或者为致密的透明半导体层与超薄金属层或导电纳米颗粒层的组合；所述透明导电氧化物可以为但不限于氧化铟锡（ITO）、氧化铟锌（IZO）、氧化铟钨（IWO）、掺氟氧化锡（FTO）、掺铝氧化锌（AZO）等；所述透明半导体致密薄膜的导电类型要与载流子传输层2的导电类型一致；其中，n型透明半导体材料可以为但不限于氧化钛（TiO2）、氧化锡（SnO2）、氧化锌（ZnO）、氧化钒（V2O5）、氧化锌锡（Zn2SnO4）等一种或多种材料的组合；p型透明半导体材料可以为但不限于氧化镍（NiO）、氧化钼（MoO3）、氧化亚铜（Cu2O）等一种或多种材料的组合；所述超薄金属层的材料可以是但不限于金、钯、银、钛、铬、镍、铝、铜等一种或多种材料的组合；所述导电纳米颗粒可以是但不限于氧化铟锡（ITO）、氧化铟锌（IZO）、氧化铟钨（IWO）、掺氟氧化锡（FTO）、掺铝氧化锌（AZO）等一种或多种材料的组合。
所述载流子传输层3为与载流子传输层1所用氧化物导电类型相同的p型/n型有机或无机半导体材料所制备而成的薄膜；其中n型的半导体材料可以是可以为但不限于氧化钛（TiO2）、氧化锡（SnO2）、氧化锌（ZnO）、富勒烯（C60）、石墨烯、富勒烯衍生物[6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯(PCBM)等一种或多种材料的组合；p型的半导体材料可以为但不限于聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]（PTAA）、2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴（Spiro-MeOTAD）、聚3，4-乙烯二氧噻吩-聚苯乙烯磺酸盐（PEDOT-PSS）、氧化镍（NiO）、氧化钼（MoO3）、氧化亚铜（Cu2O）等一种或多种材料的组合。
所述钙钛矿吸光层1和钙钛矿吸光层2均可以为纯铅钙钛矿层、纯锡钙钛矿层或铅锡混合钙钛矿层。
为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细描述，但是应当理解，这些描述只是为了进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。本发明所有原料，对其来源没有特别限制，在市场上购买的或按照本领域技术人员熟知的常规方法制备的即可。
实施例1
柔性钙钛矿太阳能电池单结器件的制备方法如下：
（1）采用PET/ITO作为柔性导电衬底，其中ITO作为电池的底电极，用混合ITO清洗液的去离子水擦洗柔性导电衬底，随后将其分别在去离子水、丙酮、异丙醇中依次超声清洗15 min，然后吹干，用双面胶将柔性导电衬底贴到同样大小玻璃片上方便后续旋涂其他功能层，最后放到紫外臭氧清洗机中照射15 min去掉衬底表面残留的有机残留物，并增加表面浸润性。
（2）本实施例中以NiO纳米颗粒为例制备载流子传输层1，将预先用水热法制备好的NiO纳米颗粒分散到适量的去离子水中，浓度可以是10-20 mg/mL，优选的浓度为15 mg/mL（约0.2 mmol/mL），搅拌均匀后旋涂到底电极上（4000 r/min旋转20 s），对于25×25 mm2面积的衬底用量约为100 μL，然后在空气中100℃退火10 min，获得厚度为20-30 nm的NiO薄膜。
（3）在本发明中，锚定官能团主要起到将有机半导体分子结合到氧化物表面的作
用，根据参考文献Adv. Energy Mater. 2020, 2002989，硅烷基团、羧酸基团和磷酸基团三
种锚定基团在氧化物表面的锚定机理类似，都是通过与氧化物表面的羟基发生缩聚反应形
成共价键从而结合到氧化物表面，理论上上述三种锚定官能团之间的简单替换对于有机半
导体分子桥接层所起到的应力缓冲作用并不会产生显著的影响，因此本实施例中仅以磷酸
基团为锚定基团的有机半导体分子为例演示。具体的，本实施例中以[2-(9H-咔唑-9-基)乙
基]膦酸（2PACz）和[2-(3,6-二甲氧基-9H-咔唑-9-基)乙基]膦酸（MeO-2PACz）以一定的摩
尔比混合为例作为有机半导体分子制备有机半导体分子桥接层，根据器件效率变化优选的
混合摩尔比为3:1，但应当明确有机半导体分子可以是满足要求的任意一种或多种有机半
导体分子的混合。2PACz的分子结构式为
，MeO-2PACz的分子结构式为
，它们一端的磷酸基团可以锚定到NiO的表面，而另一端的咔唑基团可以与
钙钛矿发生相互作用（如氢键、范德华力等）。将1 mmol/L的2PACz异丙醇溶液和1 mmol/L的
MeO-2PACz异丙醇溶液以3:1的体积比混合得到混合摩尔比为3:1的有机半导体分子溶液。
取适量的上述混合有机半导体分子溶液滴加到所制备的NiO纳米颗粒薄膜上，浸泡3 min，
对于25×25 mm2面积的衬底用量约为110 μL，随后旋转去掉多余的溶液，在空气中100℃退
火10 min获得锚定在氧化物传输层上的有机半导体分子桥接层。然后，用纯的异丙醇溶剂
在相同转速下清洗有机半导体分子桥接层两遍，用于洗掉未桥接在NiO上的多余有机分子，
在空气中100℃退火5 min烘干，最后将柔性衬底转移到氮气手套箱中备用。
有机半导体分子1 mmol/L的溶液浓度为根据器件性能优选后的浓度，浓度过低时器件弯曲耐折度和转化效率提升不够明显，而浓度过高时则会造成器件转化效率的下降。不同有机半导体分子的最优使用浓度可能有所不同。
（4）本实施例中采用FA0.8Cs0.2PbI1.95Br1.05作为钙钛矿吸光层1的材料，在氮气或者氩气等惰性气体的手套箱中按摩尔比称量FA0.8Cs0.2PbI1.95Br1.05的钙钛矿，将称量好的药品溶解在N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和二甲基亚砜(DMSO)的混合溶液中，DMF和DMSO的体积比为4:1，搅拌5小时，配制成浓度为1.15 M的钙钛矿前驱体溶液。在手套箱里，利用一步旋涂法，6000 r/min旋转30s，通过在最后倒数第10s时滴加200μL的氯苯（CB）作为反溶剂制备钙钛矿吸光层，并在100℃的热板上退火15 min，获得结晶后的钙钛矿吸光层1。
（5）在氮气手套箱里，利用真空热蒸镀的方法，在高真空环境中在所制备的钙钛矿光吸收层1上依次蒸发20 nm厚的C60和7 nm厚的BCP（2,9-二甲基-4,7-联苯-1,10-邻二氮杂菲）作为器件的电子传输层（载流子传输层2），最后再热蒸镀一层150 nm的铜作为顶电极即可得到单结器件。
（6）在氮气手套箱中将制备好的柔性钙钛矿太阳能电池从玻璃衬底上取下，进行测试和封装。
实施例2
柔性钙钛矿太阳能电池叠层器件的制备方法如下：
步骤（1）-（4）与实施例1中单结器件的制备方法相同。
（5）在氮气手套箱里，利用真空热蒸镀的方法，在高真空环境中在所制备的钙钛矿光吸收层1上蒸发20 nm厚的C60作为电子传输层（载流子传输层2）。
（6）利用原子层沉积技术在C60上沉积一层60 nm厚的致密SnO2作为隧穿复合层中的溶剂阻挡层，然后再用真空热蒸发法沉积0.4 nm厚的超薄Au膜用于复合载流子，两者组合作为隧穿复合层。
（7）在空气中通过溶液法将PEDOT-PSS溶液旋涂到隧穿复合层上（4000 r/min旋转30s），在100℃的热板上退火10 min形成厚度约为20 nm的载流子传输层3，然后将样品转移到氮气手套箱。
（8）本实施例中采用FA0.7MA0.3Pb0.5Sn0.5I3作为钙钛矿吸光层2的材料，在氮气或者氩气等惰性气体的手套箱中按摩尔比称量FA0.7MA0.3Pb0.5Sn0.5I3的钙钛矿，将称量好的药品溶解在N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和二甲基亚砜(DMSO)的混合溶液中，DMF和DMSO的体积比为2:1，再加入0.3%摩尔比（相对于铅锡离子总量）的还原剂甲脒亚磺酸和5%摩尔比的氟化亚锡，搅拌2小时，配制成浓度为2.1 M的钙钛矿前驱体溶液。在手套箱里，利用一步旋涂法，4000 r/min旋转40s，通过在最后倒数第20 s时滴加200 μL的乙酸乙酯（EA）作为反溶剂制备钙钛矿吸光层2，并在100℃的热板上退火10 min，获得结晶后的钙钛矿吸光层2。
（9）在氮气手套箱里，利用真空热蒸镀的方法，在高真空环境中在所制备的钙钛矿光吸收层2上依次蒸发20 nm厚的C60和7 nm厚的BCP（2,9-二甲基-4,7-联苯-1,10-邻二氮杂菲）作为器件的电子传输层（载流子传输层4），最后再热蒸镀一层150 nm的铜作为顶电极即可得到叠层器件。
（10）在氮气手套箱中将制备好的柔性钙钛矿/钙钛矿叠层电池从玻璃衬底上取下，进行测试和封装。
图3展示了基于纯NiO纳米颗粒薄膜和有机半导体分子层桥接的NiO纳米颗粒薄膜（MB-NiO）的柔性钙钛矿单结电池在弯曲半径为10 mm条件下不同弯曲次数后的性能变化情况。从图中可以看到，经过10000次弯曲循环后，基于纯NiO纳米颗粒薄膜的柔性钙钛矿单结电池性能已经衰减到了初始效率的40%，而基于有机半导体分子层桥接的NiO纳米颗粒薄膜的柔性钙钛矿单结电池性能则依然能够维持其初始效率的97%，这充分证明了有机半导体分子桥接层能显著提高柔性钙钛矿太阳能电池的弯曲耐折度。
通过对比基于纯NiO纳米颗粒薄膜和有机半导体分子层桥接的NiO纳米颗粒薄膜的钙钛矿吸光层1在弯曲半径为10 mm条件下弯曲10000次后的扫描电子显微镜（SEM）图片（图4），可以发现，经过10000次弯曲后，基于纯NiO纳米颗粒薄膜的钙钛矿薄膜出现了许多微小的裂纹，而基于有机半导体分子层桥接的NiO纳米颗粒薄膜的钙钛矿吸光层1则没有出现这些裂纹。这主要由于锚定在NiO纳米颗粒表面的有机分子层能够在器件弯曲时起到应力缓冲层的作用，即吸收并均化弯曲过程中氧化物传输层和钙钛矿吸光层1之间的弯曲应力，减少应力集中释放带来的器件破坏，从而显著提高柔性钙钛矿太阳能电池的弯曲耐折度。
图5展示了基于不同2PACz和MeO-2PACz混合摩尔比例的有机半导体分子桥接层的柔性钙钛矿单结太阳能电池的光电转化效率（PCE）统计对比图。从图中可以看到，在不同的2PACz和MeO-2PACz混合摩尔比例中，随着MeO-2PACz比例的逐渐增大，器件的PCE先增大后减小，其中最优的2PACz和MeO-2PACz混合摩尔比例为3:1。这主要是由于采用不同比例有机半导体分子去桥接NiO纳米颗粒，会对其表面能级、缺陷态密度和载流子抽取能力造成不同程度的调控，从而在某一个比例时实现综合最优效果。
图6展示了基于纯NiO纳米颗粒薄膜和有机半导体分子层桥接的NiO纳米颗粒薄膜（MB-NiO）的柔性钙钛矿单结太阳能电池的J-V曲线，从图中可以看到，相比于纯NiO纳米颗粒薄膜，基于有机半导体分子层桥接的NiO纳米颗粒薄膜的柔性钙钛矿单结太阳能电池具有更高的开路电压（Voc）、短路电流（Jsc）和填充因子（FF），从而显著提升了柔性电池的光电转化效率，从13.5%提升到16.2%。这主要是由于桥接在NiO纳米颗粒上的有机分子也能有效钝化NiO纳米颗粒传输层与钙钛矿吸光层1之间的界面缺陷，并同时改善NiO纳米颗粒传输层的表面能级和载流子抽取能力，从而进一步提高柔性钙钛矿太阳能电池的转化效率。
同样，在柔性钙钛矿/钙钛矿叠层电池中，当在NiO纳米颗粒传输层和钙钛矿吸光层1之间加入有机半导体分子桥接层后，其弯曲耐折度得到显著地提升，在弯曲半径为15mm条件下弯曲10000次后，其依然能够维持其初始效率（图7）。另外，除了弯曲耐折度，柔性钙钛矿/钙钛矿叠层电池的光电转化效率也在加入有机半导体分子桥接层后得到了明显的增强，从22.1%提升到24.7%（图8），远高于目前的单结柔性钙钛矿太阳能电池的最高转化效率（21.7%）。
Claims (8)
1.一种柔性钙钛矿太阳能电池，其特征在于：所述柔性钙钛矿太阳能电池为单结电池或叠层电池；
所述单结电池由下至上依次包括：柔性衬底、底电极、载流子传输层1、有机半导体分子桥接层、钙钛矿吸光层1、载流子传输层2和顶电极；
所述叠层电池由下至上依次包括：柔性衬底、底电极、载流子传输层1、有机半导体分子桥接层、钙钛矿吸光层1、载流子传输层2、隧穿复合层、载流子传输层3、钙钛矿吸光层2、载流子传输层4和顶电极；
其中：
所述载流子传输层1由无机半导体氧化物制成；
所述有机半导体分子桥接层由一种或多种可以锚定在无机半导体氧化物表面的有机半导体分子制成，且有机半导体分子与无机半导体氧化物的导电类型相同；所述有机半导体分子一端有可以锚定在无机半导体氧化物表面的锚定官能团，另一端有咔唑基团及其衍生物。
2.根据权利要求1所述的柔性钙钛矿太阳能电池，其特征在于：所述锚定官能团选自硅烷基团、羧酸基团或磷酸基团。
3.根据权利要求1所述的柔性钙钛矿太阳能电池，其特征在于：所述柔性衬底为有机聚合物衬底、金属箔片或柔性超薄玻璃。
4.根据权利要求1所述的柔性钙钛矿太阳能电池，其特征在于：所述底电极和顶电极为透明导电氧化物、金属、导电有机物或导电碳材料。
5.根据权利要求1所述的柔性钙钛矿太阳能电池，其特征在于：所述钙钛矿吸光层1为纯铅钙钛矿层、纯锡钙钛矿层或铅锡混合钙钛矿层；所述钙钛矿吸光层2为纯铅钙钛矿层、纯锡钙钛矿层或铅锡混合钙钛矿层。
6.根据权利要求1所述的柔性钙钛矿太阳能电池，其特征在于：所述载流子传输层2、载流子传输层3和载流子传输层4均由有机半导体材料或无机半导体材料制备而成。
7.根据权利要求1所述的柔性钙钛矿太阳能电池，其特征在于：所述隧穿复合层为透明导电氧化物所制备的致密薄膜，或者致密的透明半导体层与超薄金属层或导电纳米颗粒层的组合。
8.权利要求1所述的柔性钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1，准备沉积有底电极的柔性衬底；
步骤2，以物理或化学的沉积方式在底电极上沉积一层无机半导体氧化物薄膜，形成载流子传输层1；
步骤3，将一种或多种具有锚定基团的有机半导体分子以液相或气相法沉积到载流子传输层1表面，通过有机半导体分子的锚定基团与氧化物的相互作用使其在氧化物表面锚定，形成有机半导体分子桥接层；
步骤4，将钙钛矿溶液沉积到有机半导体分子桥接层上，得到钛矿吸光层1；
步骤5，在钛矿吸光层1上沉积载流子传输层2；
步骤6，在载流子传输层2上沉积顶电极，即可得到单结电池；
在步骤5的载流子传输层2和步骤6的顶电极之间分别沉积隧穿复合层、载流子传输层3、钙钛矿吸光层2和载流子传输层4，即可得到叠层电池。
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Cited By (1)
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105591030A (zh) * | 2016-03-11 | 2016-05-18 | 华中科技大学 | 一种半透明钙钛矿太阳能电池及其制备方法 |
| CN107240613A (zh) * | 2017-05-09 | 2017-10-10 | 南京邮电大学 | 一种无铅钙钛矿太阳能电池 |
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-
2021
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105591030A (zh) * | 2016-03-11 | 2016-05-18 | 华中科技大学 | 一种半透明钙钛矿太阳能电池及其制备方法 |
| CN107240613A (zh) * | 2017-05-09 | 2017-10-10 | 南京邮电大学 | 一种无铅钙钛矿太阳能电池 |
| CN110600614A (zh) * | 2019-09-19 | 2019-12-20 | 南京大学 | 一种钙钛矿/钙钛矿两端叠层太阳能电池的隧穿结结构 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| AMRAN AL-ASHOURI 等: "Conformal monolayer contacts with lossless interfaces for perovskite single junction and monolithic tandem solar cells", 《ENERGY & ENVIRONMENTAL SCIENCE》 * |
| NEHA SINGH等: "Effect of surface modification of nickel oxide hole-transport layer via self-assembled monolayers in perovskite solar cells", 《NANO SELECT》 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115260027A (zh) * | 2022-06-27 | 2022-11-01 | 清华大学 | 一种应力缓释剂及其制备方法和应用 |
| CN115260027B (zh) * | 2022-06-27 | 2023-08-25 | 清华大学 | 一种应力缓释剂及其制备方法和应用 |
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