CN116190481B - 彩色光伏电池及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及光伏电池技术领域,具体为一种彩色光伏电池及其制备方法。该彩色光伏电池包括在基板上依次制备的微结构透明导电层、光敏层、可调谐透明导电层,其中所述微结构透明导电层和所述可调谐透明导电层分别为包括介质层和金属层交替设置的多层透明导电薄膜,能够降低彩色光伏电池成本的前提下保证彩色光伏电池的彩色显示效果。

Description

彩色光伏电池及其制备方法
技术领域
本申请属于光伏电池技术领域,具体为一种彩色光伏电池及其制备方法。
背景技术
近年来,新一代太阳能电池凭借原材料丰富、成本低、重量轻、工艺简单、易于大面积柔性制备等优势而备受关注。随着新一代光伏技术的不断成熟,以及未来信息化社会的不断深入,人们对光伏产品的需求将不再仅仅局限在其功能性上,也将越来越看重产品个性化设计来满足其审美需求。这就为彩色光伏电池提供了广阔的发展空间,它不仅可以在便携电子设备、可穿戴服装等领域提供个性化的需求,更有望在城市建筑美化和智能家居等领域形成重要的应用,如高楼大厦幕墙装饰、车辆有色玻璃贴膜等等。
近年来,已经有国内外的研发团队先后报道了彩色太阳能电池。这些彩色太阳能电池除了采用不同的光伏材料体系外,主要依靠光学调节方法来调节电池的透过或反射性能进而实现不同的颜色。但是这些光学调节颜色的方法都在器件中引入了相应的光学调节结构,这无疑增加了光伏电池的制备成本和时间。另外,这些光学介质材料大都具有较差的导电性,特别是有些光学调节结构会导致电池色彩显示的各向异性(角度依赖性),进而影响彩色显示效果。因此,如何降低彩色光伏电池成本的前提下保证彩色光伏电池的彩色显示效果,成为亟待解决的问题。
发明内容
本说明书一个或多个实施例的目的是提供一种彩色光伏电池及其制备方法,能够降低彩色光伏电池成本的前提下保证彩色光伏电池的彩色显示效果。
为解决上述技术问题,本说明书一个或多个实施例是这样实现的:
第一方面,提供了一种彩色光伏电池,包括在基板上依次制备的微结构透明导电层、光敏层、可调谐透明导电层,其中所述微结构透明导电层和所述可调谐透明导电层分别为包括介质层和金属层交替设置的多层透明导电薄膜。
第二方面,提出了一种彩色光伏电池的制备方法,包括以下步骤:在基板上制备微结构透明导电层;在所述微结构透明导电层上制备光敏层;在所述光敏层上制备可调谐透明导电层;其中,所述微结构透明导电层和所述可调谐透明导电层分别为包括介质层和金属层交替设置的多层透明导电薄膜。
由以上本说明书一个或多个实施例提供的技术方案可见,本发明实施例提供的彩色光伏电池,包括在基板上依次制备的微结构透明导电层、光敏层、可调谐透明导电层,其中微结构透明导电层和可调谐透明导电层分别为包括介质层和金属层交替设置的多层透明导电薄膜。本发明采用在光敏层上下两个介质层和金属层交替设置的多层透明导电薄膜构筑彩色光伏电池,该两个多层透明导电薄膜作为电极与光敏层协同作用提高光敏层光吸收率的同时实现光伏电池的彩色化效果,没有采用特别的彩色光学调节结构,而是在光敏层上下两个多层透明导电薄膜上实现光电转化的同时实现彩色显示效果,减小光伏电池颜色呈现角度的依赖性,在光伏建筑一体化、智能家居、新能源汽车、便携及可穿戴电子设备以及航空航天等领域均有广阔的应用空间。
附图说明
为了更清楚地说明本说明书一个或多个实施例或现有技术中的技术方案,下面将对一个或多个实施例或现有技术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说明书中记载的一些实施例,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是根据本发明实施例提供彩色光伏电池的结构示意图;
图2是根据本发明实施例提供的彩色光伏电池制备方法的流程图;
图3是根据本发明实施例提供的彩色光伏电池制备方法中对比例Ⅰ和实施例1、2、3光伏电池对应的反射光谱色坐标位置示意图,其中点1代表对比例Ⅰ,点2、3、4分别代表实施例1、2、3;
图4是根据本发明实施例提供的彩色光伏电池中对比例Ⅱ和实施例4、5、6光伏电池对应的反射光谱色坐标位置示意图,点1代表对比例Ⅰ,点2、3、4分别代表实施例4、5、6;
图5是根据本发明实施例提供的彩色光伏电池中对比例Ⅲ和实施例7、8、9光伏电池对应的反射光谱色坐标位置示意图,点1代表对比例Ⅰ,点2、3、4分别代表实施例7、8、9;
图6a是根据本发明实施例提供的彩色光伏电池中对比例Ⅰ在不同观察角度下的反射光谱色坐标位置示意图,点1代表对比例Ⅰ在观察角度为0度时的反射光谱色坐标位置,点2代表对比例Ⅰ在观察角度为75度时的反射光谱色坐标位置;
图6b是根据本发明实施例提供的彩色光伏电池中实施例Ⅰ在不同观察角度下的反射光谱色坐标位置示意图,点1代表实施例Ⅰ在观察角度为0度时的反射光谱色坐标位置,点2代表实施例Ⅰ在观察角度为75度时的反射光谱色坐标位置。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本说明书中的技术方案,下面将结合本说明书一个或多个实施例中的附图,对本说明书一个或多个实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的一个或多个实施例仅仅是本说明书一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本说明书中的一个或多个实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都应当属于本文件的保护范围。
本发明实施例提供的彩色光伏电池,没有采用特别的彩色光学调节结构,而是在光敏层上下两个多层透明导电薄膜上实现光电转化的同时实现彩色显示效果,减小光伏电池颜色呈现角度的依赖性。下面将详细地描述本说明书提供的彩色光伏电池及其各个部分。
实施例一
参照图1所示,为本发明实施例提供的彩色光伏电池包括在基板10上依次制备的微结构透明导电层20、光敏层30、可调谐透明导电层40,其中微结构透明导电层20和可调谐透明导电层40分别为包括介质层和金属层交替设置的多层透明导电薄膜。
本发明实施例提供的彩色光伏电池利用光敏层上下两个介质层和金属层交替设置的多层透明导电薄膜作为电极与光敏层的协同作用实现彩色化效果。光敏层上下两个多层透明导电薄膜(电极)在光伏电池内部形成光学微腔,即整个光伏电池的多层结构形成光学微腔。另外通过对各层厚度的调整来调控光学微腔谐振波长的位置,可以增强谐振波长附近光与各层材料物质的相互作用,可以实现光敏层光吸收率得到提高的同时调节其它波长透过率,保证光伏电池光伏发电效率的同时实现彩色化的显示效果。另外在表面具有微结构的微结构透明导电层上形成腔长变化的微腔,减小光伏电池呈现颜色的角度依赖性。这里的微结构是在该基底表面具有纳米或者微米尺度的图案。
可以看出,本发明实施例提供的彩色光伏电池中的微结构透明导电层和可调谐透明导电层兼具透明导电和光学调控的功能,两者和光敏层协同作用实现彩色化显示效果。微结构透明导电层为表面具有微结构的透明电极,对于上层光敏层的生长具有影响,会导致光敏层形貌发生变化,可以有效调控光敏层的形貌,实现与光敏层的有效接触,增强微结构透明导电层作为电极对光敏层上光生载流子的提取。与此同时,利用两个多层透明导电薄膜分别作为顶电极和底电极,由于金属的高反射率而在光伏电池内部形成光学微腔,通过调控谐振波长位置,可以增强谐振波长附近光与各层材料物质的相互作用,实现在提高光敏层光吸收率的同时调节其它波长透过率的目的,进而在保证光伏电池发电效率的同时实现彩色化小时效果。另外,微结构透明导电层的表面具有微结构,可以形成腔长变化的微腔,减小光伏电池呈现颜色的角度依赖性。可调谐透明导电层40可以通过设计来调整可调谐透明导电层40作为电极的透过率、反射率,具体采用的方法可以通过改变可调谐导电层作为电极所采用的介质材料和厚度来调控该电极的透过率、反射率。
作为可选地,本发明实施例中的基板可以是平整的平面基板,材料为玻璃、PET或PEN,厚度为0.3mm~1.0mm。微结构透明导电层的厚度为80nm~300nm。可调谐透明导电层的厚度为30nm~300nm。光敏层的厚度在30nm-100nm。
作为可选地,本发明实施例提供的彩色光伏电池中,微结构透明导电层20包括顺次制备的WO3介质层、Ag金属层、WO3介质层,或MoO3介质层、Ag金属层、MoO3介质层,或WO3介质层、Au金属层、NiO介质层。
作为可选地,本发明实施例提供的彩色光伏电池,可调谐透明导电层包括顺次制备的ZnO介质层、Ag金属层、ZnO介质层,或Ta2O5介质层、Ag金属层、Ta2O5介质层,或TPBi介质层、Ag金属层、MoO3介质层。
可以看出,微结构透明导电层和可调谐透明导电层的金属层采用Ag金属层,金属Ag的高反射率而在光伏电池内部形成光学微腔,通过调控谐振波长位置,可以增强谐振波长附近光与各层材料物质的相互作用,实现在提高光敏层光吸收率的同时调节其它波长透过率的。
由于金属银的高反射率而在器件内部形成光学微腔,通过调控谐振波长位置,可以增强谐振波长附近光与物质的相互作用,实现在提高光敏层光吸收的同时调节其它波长透过率的目的,进而在保证器件效率的同时实现彩色化效果。
作为可选地,本发明实施例提供的彩色光伏电池,光敏层包括有机材料或钙钛矿材料。有机材料可以为:共轭聚合物P3HT和富勒烯衍生物PCBM的共混物,其中,PCBM的质量占共混物总质量的50%。钙钛矿材料为CsPbBr3。富勒烯衍生物PCBM具体为富勒烯衍生物 [6,6 ]-苯基C61-丁酸甲脂(PCBM)。
通过以上分析可以看出,本发明实施例提供的彩色光伏电池,包括在基板上依次制备的微结构透明导电层、光敏层、可调谐透明导电层,其中微结构透明导电层和可调谐透明导电层分别为包括介质层和金属层交替设置的多层透明导电薄膜。本发明采用在光敏层上下两个介质层和金属层交替设置的多层透明导电薄膜构筑彩色光伏电池,该两个多层透明导电薄膜作为电极与光敏层协同作用提高光敏层光吸收率的同时实现光伏电池的彩色化效果,没有采用特别的彩色光学调节结构,而是在光敏层上下两个多层透明导电薄膜上实现光电转化的同时实现彩色显示效果,减小光伏电池颜色呈现角度的依赖性,在光伏建筑一体化、智能家居、新能源汽车、便携及可穿戴电子设备以及航空航天等领域均有广阔的应用空间。
实施例二
如图2所示,本实施例提供一种彩色光伏电池的制备方法,包括以下步骤:步骤S10:在基板10上制备微结构透明导电层20;
基板可以为平整的平面基板,材料为玻璃、PET或PEN,厚度为0.3mm~1.0mm。微结构透明导电层的厚度为30~300nm。光敏层的厚度为30~100mn。可调谐透明导电层的厚度为30~300nm。
制备过程中,首先将清洗干净的0.3mm~1.0mm厚的基板10与条状掩模板一起放入至电子束真空镀膜设备中,抽真空,当电子束真空镀膜设备的真空度为2×10-3~8×10-4帕斯卡时,蒸发速率为0.1~1nm/秒,在基板10上蒸发厚度30~300nm的微结构透明导电层20。
步骤S20:在微结构透明导电层20上制备光敏层30;
待蒸镀完成微结构透明导电层后冷却基板取出转移至手套箱中,并将其放置在旋涂机托架上,把搅拌好的有机材料或钙钛矿材料的溶液均匀滴在上述基板蒸镀的微结构透明导电层上,调节旋涂机的转速1000~5000转/分钟,旋涂1分钟后得到30nm~100nm厚的光敏层30,放置于手套箱中热台上以70℃~150℃的温度加热5~20分钟。
步骤S30:在光敏层30上制备可调谐透明导电层40;其中,微结构透明导电层和可调谐透明导电层分别为包括介质层和金属层交替设置的多层透明导电薄膜。
在上述基板冷却后取出,放入电子束真空镀膜设备中抽真空,当真空度为2×10-3~4×10-4帕斯卡时,在光敏层上蒸发总厚度为30nm~200nm厚的可调谐透明导电层40。
作为可选地,本发明实施例提供的彩色光伏电池的制备方法,步骤S10:在基板上制备微结构透明导电层,具体包括:在基板上依次制备顺次制备WO3介质层、Ag金属层、WO3介质层,或MoO3介质层、Ag金属层、MoO3介质层,或WO3介质层、Au金属层、NiO介质层。
作为可选地,本发明实施例提供的彩色光伏电池的制备方法,步骤S20:在微结构透明导电层上制备光敏层,具体包括:在WO3介质层,或MoO3介质层,或NiO介质层上沉积有机材料或钙钛矿材料。有机材料可以为共轭聚合物P3HT和富勒烯衍生物 [6 ,6 ]-苯基C61-丁酸甲脂(PCBM)的共混物,其中,PCBM的质量占共混物总质量的50%;钙钛矿材料可以为铯铅溴(CsPbBr3)。
作为可选地,本发明实施例提供的彩色光伏电池的制备方法,步骤S30:在光敏层上制备可调谐透明导电层,具体包括:在光敏层上顺次制备ZnO介质层、Ag金属层、ZnO介质层,或Ta2O5介质层、Ag金属层、Ta2O5介质层,或TPBi介质层、Ag金属层、MoO3介质层。
具体的操作方法详见下面对比例和实施例的分析。
对比例Ⅰ:
1)将清洗干净的带有150nm厚度ITO透明电极的1毫米厚的玻璃基板放置于紫外臭氧处理设备中进行处理5min。之后取出转移至手套箱中,并将其放置在旋涂机托架上,把搅拌好的有机溶液均匀滴在上述基板上,调节旋涂机转速1000转/分钟,旋涂1分钟后得到100nm厚的光伏功能层,放置于手套箱中加热台上以120℃的温度加热5分钟。
上述有机溶液的配制方法为:以氯苯为溶剂,共轭聚合物P3HT和富勒烯衍生物PCBM的共混物为溶质,溶液的浓度为20毫克/毫升,其中,PCBM的质量占共混物总质量的50%。
2)将上述基板冷却后取出,放入热蒸发真空镀膜设备中,抽真空,当真空度为4×10-4帕斯卡时,蒸发总厚度为100nm厚的铝电极。
实施例1:
1)将清洗干净的1mm厚的玻璃平面基板与条状掩模板一起放入电子束真空镀膜设备中抽真空,当真空度为2×10-3帕斯卡时,蒸发速率为0.5nm/秒,蒸发角度为70度,蒸发30nm的介质/金属/介质结构的微结构透明导电薄膜。
上述介质/金属/介质结构的透明导电层为:10nmWO3介质层、10nmAg金属层和10nmWO3介质层。
2)蒸镀完成的基板冷却后取出转移至手套箱中,并将其放置在旋涂机托架上,把搅拌好的有机溶液均匀滴在上述基板上,调节旋涂机转速1000转/分钟,旋涂1分钟后得到100nm厚的光伏功能层,放置于手套箱中热台上以120℃的温度加热5分钟。
上述有机溶液的配制方法为:以氯苯为溶剂,共轭聚合物P3HT和富勒烯衍生物PCBM的共混物为溶质,溶液的浓度为20毫克每毫升,其中,PCBM的质量占共混物总质量的50%。
3)将上述基板冷却后取出放入电子束真空镀膜设备中,抽真空,当真空度为2×10-3帕斯卡时,蒸发总厚度为30nm厚的介质/金属/介质结构的可调谐透明导电层。
上述介质/金属/介质结构的可调谐透明导电层为:10纳nm厚ZnO介质层、10nm厚Ag金属层和10nm厚ZnO介质层。
实施例2:
1)将清洗干净的1mm厚的玻璃平面基板与条状掩模板一起放入电子束真空镀膜设备中抽真空,当真空度为2×10-3帕斯卡时,蒸发速率为0.5nm/秒,蒸发角度为70度,蒸发50nm的介质/金属/介质结构的微结构透明导电薄膜。
上述介质/金属/介质结构的透明导电层为:30nmWO3介质层、10 nm厚Ag金属层和10nmWO3介质层。
2)待蒸镀完成基板冷却后取出转移至手套箱中,并将其放置在旋涂机托架上,把搅拌好的有机溶液均匀滴在上述基板上,调节旋涂机转速1000转/分钟,旋涂1分钟后得到100nm厚的光伏功能层,放置于手套箱中热台上120℃加热5分钟。
上述有机溶液的配制方法为:以氯苯为溶剂,共轭聚合物P3HT和富勒烯衍生物PCBM的共混物为溶质,溶液的浓度为20毫克每毫升,其中,PCBM的质量占共混物总质量的50%。
3)将上述基板冷却后取出后放入电子束真空镀膜设备中,抽真空,当真空度为2×10-3帕斯卡时,蒸发总厚度为50nm厚的介质/金属/介质结构的可调谐透明导电层。
上述介质/金属/介质结构的可调谐透明导电层为:10nm厚的ZnO介质层、10nm厚的Ag金属层和30nm后的ZnO介质层。
实施例3:
1)将清洗干净的1毫米厚的玻璃平面基板与条状掩模板一起放入电子束真空镀膜设备中,抽真空,当真空度为2×10-3帕斯卡时,蒸发速率为0.5nm/秒,蒸发角度为70度,蒸发70nm的介质/金属/介质结构的微结构透明导电薄膜。
上述介质/金属/介质结构的透明导电层为:50nm厚的WO3介质层、10nm厚的Ag金属层和10nm厚的WO3介质层。
2)待蒸镀完成基板冷却后取出转移至手套箱中,并将其放置在旋涂机托架上,把搅拌好的有机溶液均匀滴在上述基板上,调节旋涂机转速1000转/分钟,旋涂1分钟后得到100nm厚的光伏功能层,放置于手套箱中热台上120℃加热5分钟。
上述有机溶液的配制方法为:以氯苯为溶剂,共轭聚合物P3HT和富勒烯衍生物PCBM的共混物为溶质,溶液的浓度为20毫克每毫升,其中,PCBM的质量占共混物总质量的50%。
3)将上述基板冷却后取出,放入电子束真空镀膜设备中,抽真空,当真空度为2×10-3帕斯卡时,蒸发总厚度为70nm厚的介质/金属/介质结构的可调谐透明导电层。
上述的介质/金属/介质结构的可调谐透明导电层为:10nm厚的ZnO介质层、10nm厚的Ag金属层和50nm后的ZnO介质层。
对比例Ⅱ:
1)将清洗干净的带有150nm厚度ITO透明电极的0.3毫米厚的PET基板放置于紫外臭氧处理设备中进行处理5min。之后取出转移至手套箱中,并将其放置在旋涂机托架上,把搅拌好的有机溶液均匀滴在上述基板上,调节旋涂机转速5000转/分钟,旋涂1分钟后得到30nm厚的光伏功能层,放置于手套箱中热台上150℃加热10分钟。
上述有机溶液的配制方法为:以氯苯为溶剂,共轭聚合物P3HT和富勒烯衍生物PCBM的共混物为溶质,溶液的浓度为20毫克每毫升,其中,PCBM的质量占共混物总质量的50%。
2)将上述基板冷却后取出,放入热蒸发真空镀膜设备中,抽真空,当真空度为4×10-4帕斯卡时,蒸发总厚度为100nm厚的铝电极。
实施例4:
1)将清洗干净的0.3毫米厚的PET平面基板与条状掩模板一起放入电子束真空镀膜设备中抽真空,当真空度为4×10-3帕斯卡时,蒸发速率为1nm/秒,蒸发角度为70度,蒸发70nm的介质/金属/介质结构的微结构透明导电薄膜。
上述介质/金属/介质结构的透明导电层为:260nmMoO3介质层、10nmAg金属层和30nm厚的MoO3介质层。
2)待蒸镀完成基板冷却后取出转移至手套箱中,并将其放置在旋涂机托架上,把搅拌好的有机溶液均匀滴在上述基板上,调节旋涂机转速5000转/分钟,旋涂1分钟后得到30nm厚的光伏功能层,放置于手套箱中热台上150℃加热10分钟。
上述有机溶液的配制方法为:以氯苯为溶剂,共轭聚合物P3HT和富勒烯衍生物PCBM的共混物为溶质,溶液的浓度为20毫克每毫升,其中,PCBM的质量占共混物总质量的50%。
3)将上述基板冷却后取出,放入电子束真空镀膜设备中,抽真空,当真空度为2×10-3帕斯卡时,蒸发总厚度为200nm厚的介质/金属/介质结构的可调谐透明导电层。
上述介质/金属/介质结构的可调谐透明导电层为:30nm厚的Ta2O5介质层、10nm厚的Ag金属层和160nm厚的Ta2O5介质层。
实施例5:
1)将清洗干净的0.3毫米厚的PET平面基板与条状掩模板一起放入电子束真空镀膜设备中抽真空,当真空度为4×10-3帕斯卡时,蒸发速率为1nm/秒,蒸发角度为70度,蒸发70nm的介质/金属/介质结构的微结构透明导电薄膜。
上述介质/金属/介质结构的透明导电层为:160nm厚的MoO3介质层、10nm厚的Ag金属层和30nm厚的MoO3介质层。
2)待蒸镀完成基板冷却后取出转移至手套箱中,并将其放置在旋涂机托架上,把搅拌好的有机溶液均匀滴在上述基板上,调节旋涂机转速5000转/分钟,旋涂1分钟后得到30nm厚的光伏功能层,放置于手套箱中热台上150℃加热10分钟。
上述有机溶液的配制方法为:以氯苯为溶剂,共轭聚合物P3HT和富勒烯衍生物PCBM的共混物为溶质,溶液的浓度为20毫克每毫升,其中,PCBM的质量占共混物总质量的50%。
3)将上述基板冷却后取出,放入电子束真空镀膜设备中,抽真空,当真空度为2×10-3帕斯卡时,蒸发总厚度为200nm厚的介质/金属/介质结构的可调谐透明导电层。
上述介质/金属/介质结构的可调谐透明导电层为:30nm厚的Ta2O5介质层、10nm厚的Ag金属层和60nm厚的Ta2O5介质层。
实施例6:
1)将清洗干净的0.3毫米厚的PET平面基板与条状掩模板一起放入电子束真空镀膜设备中抽真空,当真空度为4×10-3帕斯卡时,蒸发速率为1nm/秒,蒸发角度为70度,蒸发70nm的介质/金属/介质结构的微结构透明导电薄膜。
上述的介质/金属/介质结构的透明导电层为:60nm厚的MoO3介质层、10nm厚的Ag金属层和30nm厚的MoO3介质层。
2)待蒸镀完成基板冷却后取出转移至手套箱中,并将其放置在旋涂机托架上,把搅拌好的有机溶液均匀滴在上述基板上,调节旋涂机转速5000转/分钟,旋涂1分钟后得到30nm厚的光伏功能层,放置于手套箱中热台上150℃加热10分钟。
上述有机溶液的配制方法为:以氯苯为溶剂,共轭聚合物P3HT和富勒烯衍生物PCBM的共混物为溶质,溶液的浓度为20毫克每毫升,其中,PCBM的质量占共混物总质量的50%。
3)将上述基板冷却后取出,放入电子束真空镀膜设备中,抽真空,当真空度为2×10-3帕斯卡时,蒸发总厚度为200nm厚的介质/金属/介质结构的可调谐透明导电层。
上述介质/金属/介质结构的可调谐透明导电层为:30nm厚的Ta2O5介质层、10nm厚的Ag金属层和60nm厚的Ta2O5介质层。
对比例Ⅲ:
1)将清洗干净的带有150nm厚度ITO透明电极的0.5毫米厚的PEN基板放置于紫外臭氧处理设备中进行处理5min。之后取出转移至手套箱中,并将其放置在旋涂机托架上,把搅拌好的钙钛矿溶液均匀滴在上述基板上,调节旋涂机转速2000转/分钟,旋涂1分钟后得到50nm厚的光伏功能层,放置于手套箱中热台上70℃加热20分钟。
上述钙钛矿溶液的配制方法为:以二甲基亚砜为溶剂,CsBr和PbBr2的摩尔比为1:1,溶液浓度为40%。
2)将上述基板冷却后取出,放入热蒸发真空镀膜设备中,抽真空,当真空度为4×10-4帕斯卡时,蒸发总厚度为100nm厚的铝电极。
实施例7:
1)将清洗干净的0.5毫米厚的PEN平面基板与条状掩模板一起放入电子束真空镀膜设备中,抽真空,当真空度为8×10-4帕斯卡时,蒸发速率为0.1nm/秒,蒸发角度为70度,蒸发50nm的介质/金属/介质结构的微结构透明导电薄膜。
上述介质/金属/介质结构的透明导电层为:30nm厚的WO3介质层、10nm厚的Au金属层和10nm厚的NiO介质层。
2)待蒸镀完成基板冷却后取出转移至手套箱中,并将其放置在旋涂机托架上,把搅拌好的钙钛矿溶液均匀滴在上述基板上,调节旋涂机转速2000转/分钟,旋涂1分钟后得到50nm厚的光伏功能层,放置于手套箱中热台上70℃加热20分钟。
上述钙钛矿溶液的配制方法为:以二甲基亚砜为溶剂,CsBr和PbBr2的摩尔比为1:1,溶液浓度为40%。
3)将上述基板冷却后取出,放入热蒸发真空镀膜设备中,抽真空,当真空度为4×10-4帕斯卡时,蒸发总厚度为90nm厚的介质/金属/介质结构的可调谐透明导电层。
上述介质/金属/介质结构的可调谐透明导电层为:40nm厚的TPBi介质层、10nm厚的Ag金属层和40nm厚的MoO3介质层。
实施例8:
1)将清洗干净的0.5毫米厚的PEN平面基板与条状掩模板一起放入电子束真空镀膜设备中抽真空,当真空度为8×10-4帕斯卡时,蒸发速率为0.1nm/秒,蒸发角度为70度,蒸发70nm的介质/金属/介质结构的微结构透明导电薄膜。
上述介质/金属/介质结构的透明导电层为:50nm厚的WO3介质层、10nm厚的Au金属层和10nm厚的NiO介质层。
2)待蒸镀完成基板冷却后取出转移至手套箱中,并将其放置在旋涂机托架上,把搅拌好的钙钛矿溶液均匀滴在上述基板上,调节旋涂机转速2000转/分钟,旋涂1分钟后得到50nm厚的光伏功能层,放置于手套箱中热台上70℃加热20分钟。
上述钙钛矿溶液的配制方法为:以二甲基亚砜为溶剂,CsBr和PbBr2的摩尔比为1:1,溶液浓度为40%。
3)将上述基板冷却后取出,放入热蒸发真空镀膜设备中,抽真空,当真空度为4×10-4帕斯卡时,蒸发总厚度为130nm厚的介质/金属/介质结构的可调谐透明导电层。
上述介质/金属/介质结构的可调谐透明导电层为:40nm厚的TPBi介质层、10nm厚的Ag金属层和80nm厚的MoO3介质层。
实施例9:
1)将清洗干净的0.5毫米厚的PEN平面基板与条状掩模板一起放入电子束真空镀膜设备中抽真空,当真空度为8×10-4帕斯卡时,蒸发速率为0.1nm/秒,蒸发角度为70度,蒸发120nm的介质/金属/介质结构的微结构透明导电薄膜。
上述的介质/金属/介质结构的透明导电层为:100nm厚的WO3介质层、10nm厚的Au金属层和10nm厚的NiO介质层。
2)待蒸镀完成基板冷却后取出转移至手套箱中,并将其放置在旋涂机托架上,把搅拌好的钙钛矿溶液均匀滴在上述基板上,调节旋涂机转速2000转/分钟,旋涂1分钟后得到50nm厚的光伏功能层,放置于手套箱中热台上70℃加热20分钟。
上述钙钛矿溶液的配制方法为:以二甲基亚砜为溶剂,CsBr和PbBr2的摩尔比为1:1,溶液浓度为40%。
3)将上述基板冷却后取出,放入热蒸发真空镀膜设备中,抽真空,当真空度为4×10-4帕斯卡时,蒸发总厚度为170nm厚的介质/金属/介质结构的可调谐透明导电层。
上述介质/金属/介质结构的可调谐透明导电层为:40nm厚的TPBi介质层、10nm厚的Ag金属层和120nm厚的MoO3介质层。
通过以上多个实施例和对比例可以了解到:
图3是对比例Ⅰ和实施例1、2、3彩色光伏电池对应的反射光谱色坐标位置示意图,从图中可以看出传统结构光伏电池(点1)反射颜色在橙色区域,本发明实施例彩色光伏电池(点2、3、4)可以通过对光敏层上下两电极结构的调控实现浅蓝(点4)到黄绿(点3)再到黄色(点2)区域的调控(不仅限于以上区域),说明该结构对于不同颜色的有机光伏器件可以实现很好的调控。
图4是对比例Ⅱ和实施例4、5、6彩色光伏电池对应的反射光谱色坐标位置示意图。从图中可以看出传统结构光伏电池(点1)反射颜色在黄色区域,本专利彩色光伏电池(点2、3、4)可以通过对光敏层上下两电极结构的调控实现黄色(点2)、粉色(点4)及蓝色(点3)区域的调控(不仅限于以上区域),说明该结构对于不同颜色的有机光伏器件可以实现很好的调控。
图5是对比例Ⅲ和实施例彩色光伏电池7、8、9对应的反射光谱色坐标位置示意图。从图中可以看出传统结构光伏电池(点1)反射颜色在黄色区域,本发明实施例彩色光伏电池(点2、3、4)可以通过对光敏层上下两电极结构的调控实现绿色(点4)、蓝色(点2)及橙黄色(点3)区域的调控(不仅限于以上区域),说明该结构对于不同颜色的钙钛矿光伏器件可以实现很好的调控。由此可见,本发明实施例的彩色光伏电池具有很好的色彩可调性。
图6(a)-图6(b)是对比例Ⅰ和实施例1分别在观察角度(与法线方向夹角)为0度和75度时的反射光谱色坐标位置。从图6(a)中可以看出对比例Ⅰ在观察角度为0度和75度时的反射光颜色分别为橙色和黄色,具有明显角度依赖性。而从图6(b)中可以看出,实施例1在观察角度为0度和75度时的反射光颜色均为黄色,反射颜色的角度依赖性明显降低,由此说明本发明实施例的方案可以有效改善彩色光伏电池的角度依赖性质。
表1给出了实施例1、2、3、4、5、6、7、8、9及对比例Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的开路电压、短路电流密度、填充因子、能量转换效率及反射光谱色坐标。从表1中可以看出,所有的实施例与其相应的对比例相比,其光伏性能均有所降低,这主要由于本发明光伏结构是半透明结构,因此对于光的吸收会有部分减少,从而导致性能较对比例的不透明器件有所降低。但是,与对比例相比,对应的实施例的色坐标有明显变化,说明本发明的彩色光伏电池具有很好的色彩可调性。
表2给出了对比例Ⅰ和实施例1分别在观察角度(与法线方向夹角)为0度和75度时的反射光谱色坐标。从表2中可以看出,对比例Ⅰ在观察角度为0度和75度时的反射光颜色的色坐标分别为橙色(0度)和黄色(75度),具有明显角度依赖性。而实施例1在观察角度为0度和75度时的反射光颜色色坐标均为黄色,反射颜色的角度依赖性明显降低,由此说明本发明实施例的彩色光伏电池的制备方法可以有效改善彩色光伏电池的角度依赖性质。
通过以上分析可以看出,本发明实施例提供的彩色光伏电池,包括在基板上依次制备的微结构透明导电层、光敏层、可调谐透明导电层,其中微结构透明导电层和可调谐透明导电层分别为包括介质层和金属层交替设置的多层透明导电薄膜。本发明采用在光敏层上下两个介质层和金属层交替设置的多层透明导电薄膜构筑彩色光伏电池,该两个多层透明导电薄膜作为电极与光敏层协同作用提高光敏层光吸收率的同时实现光伏电池的彩色化效果,没有采用特别的彩色光学调节结构,而是在光敏层上下两个多层透明导电薄膜上实现光电转化的同时实现彩色显示效果,减小光伏电池颜色呈现角度的依赖性,在光伏建筑一体化、智能家居、新能源汽车、便携及可穿戴电子设备以及航空航天等领域均有广阔的应用空间。
总之,以上所述仅为本说明书的较佳实施例而已,并非用于限定本说明书的保护范围。凡在本说明书的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本说明书的保护范围之内。
上述一个或多个实施例阐明的系统、装置、模块或单元,具体可以由计算机芯片或实体实现,或者由具有某种功能的产品来实现。一种典型的实现设备为计算机。具体的,计算机例如可以为个人计算机、膝上型计算机、蜂窝电话、相机电话、智能电话、个人数字助理、媒体播放器、导航设备、电子邮件设备、游戏控制台、平板计算机、可穿戴设备或者这些设备中的任何设备的组合。
还需要说明的是,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、商品或者设备不仅包括那些要素,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、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述,各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其,对于系统实施例而言,由于其基本相似于方法实施例,所以描述的比较简单,相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下,在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外,在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中,多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。

Claims (6)

1.一种彩色光伏电池,其特征在于,包括在基板上依次制备的微结构透明导电层、光敏层、可调谐透明导电层,其中所述微结构透明导电层和所述可调谐透明导电层分别为包括介质层和金属层交替设置的多层透明导电薄膜;微结构透明导电层的表面具有微结构,微结构为纳米或者微米尺度的图案;所述微结构透明导电层包括顺次制备的WO3介质层、Ag金属层、WO3介质层,或MoO3介质层、Ag金属层、MoO3介质层,或WO3介质层、Au金属层、NiO介质层;所述可调谐透明导电层包括顺次制备的ZnO介质层、Ag金属层、ZnO介质层,或Ta2O5介质层、Ag金属层、Ta2O5介质层,或TPBi介质层、Ag金属层、MoO3介质层。
2.根据权利要求1所述的彩色光伏电池,其特征在于,所述光敏层包括有机材料或钙钛矿材料。
3.根据权利要求2所述的彩色光伏电池,其特征在于,所述有机材料为共轭聚合物P3HT和富勒烯衍生物PCBM的共混物,其中所述富勒烯衍生物PCBM的质量占比为50%;或者铯铅溴(CsPbBr3)。
4.根据权利要求1所述的彩色光伏电池,其特征在于,所述光敏层的厚度在30nm-100nm,所述微结构透明导电层的厚度在80nm-300nm,所述可调谐透明导电层的厚度在30nm-300nm。
5.一种彩色光伏电池的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
在基板上制备微结构透明导电层,微结构透明导电层的表面具有微结构,微结构为纳米或者微米尺度的图案;其中,在所述基板上依次制备顺次制备WO3介质层、Ag金属层、WO3介质层,或MoO3介质层、Ag金属层、MoO3介质层,或WO3介质层、Au金属层、NiO介质层;
在所述微结构透明导电层上制备光敏层;
在所述光敏层上制备可调谐透明导电层;其中,在所述光敏层上顺次制备ZnO介质层、Ag金属层、ZnO介质层,或Ta2O5介质层、Ag金属层、Ta2O5介质层,或TPBi介质层、Ag金属层、MoO3介质层;
其中,所述微结构透明导电层和所述可调谐透明导电层分别为包括介质层和金属层交替设置的多层透明导电薄膜。
6.根据权利要求5所述的彩色光伏电池的制备方法,其特征在于,在所述微结构透明导电层上制备光敏层,具体包括:
在所述WO3介质层,或所述MoO3介质层,或所述NiO介质层上沉积有机材料或钙钛矿材料。
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