CN116367557A - 基于富勒烯衍生物/Sn掺杂CdO纳米团簇异质结的光电转化器件及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于富勒烯衍生物/Sn掺杂CdO纳米团簇异质结的光电转化器件及其制备方法，属于半导体光电器件技术领域。本发明的光电转化器件包括：依次层叠的导电基底、底电极、电子传输层、光敏层、空穴传输层、顶电极；其中，所述光敏层为体异质结光敏层，其材料为富勒烯衍生物/Sn掺杂CdO纳米团簇。本发明通过选择具有强红外吸收和紫外吸收的光敏层材料，得到可见光可透过的光电转化器件，实现器件对自然光中的红外光和紫外光成分的有效利用，实现透明器件的多功能化。
Description
技术领域
本发明属于半导体光电器件技术领域，具体涉及一种基于富勒烯衍生物/Sn掺杂CdO纳米团簇异质结的光电转化器件及其制备方法。
背景技术
高效利用太阳能资源是实现绿色生态的重要一环，透明太阳能电池可以将拥挤的城市从纯电力消费者转变为发电厂，如果所有表面有90%玻璃的建筑都使用了印在玻璃表面的透明太阳能电池，那么太阳能电池有可能为该建筑40%以上的能源消耗提供电力。建筑集成光伏透明太阳能电池是一项非常理想的发明，在建筑物、车窗、火车、手机、笔记本电脑等诸多领域具有应用价值。然而，实现这项技术的过程面临着四大障碍和挑战，从合成用于构建透明电池的透明材料，新的TSC结构，同时需要器件保持较高效率。然而在诸多挑战中，选择可透过可见光的，但吸收利用紫外光和近红外光的材料是极具挑战的，因为在传统的太阳能电池中，增加光电转化效率的重要措施之一便是尽可能多地吸收外加光源所施加的光。因而寻找合适的材料，构建具有可透过的高性能太阳能电池是极具研究意义的。
在金属纳米团簇中，如贵金属（Au，Ag）纳米颗粒主要在可见光区域显示出局域表面等离子共振，通过改变其尺寸和形状可实现材料在近红外中的调谐。高度各向异性的形状，如棒状、星形、三角形或平板，可能在尖端和刻面边缘显示出多种等离子体模式和高电场增强。高各向异性位点充当不同有机分子拉曼散射的等离子体位点，可有效实现光电器件性能的优化。因此，各向异性形状的等离子体半导体纳米晶体通过形状改变最终有效的影响材料的近红外光谱。例如，棒状等离子体WO3−x纳米晶体在横向模式的红色NIR区域和纵向模式的中红外区域显示出双峰等离子体吸收。因而合理的设计和利用各向异性的纳米簇，是十分有意义的。
针对此，本发明提出一种对紫外光和红外光具有高转化效率的基于富勒烯衍生物/Sn掺杂CdO纳米团簇异质结的光电转化器件及其制备方法。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种基于富勒烯衍生物/Sn掺杂CdO纳米团簇异质结的光电转化器件及其制备方法。
本发明的一方面，提供一种基于富勒烯衍生物/Sn掺杂CdO纳米团簇异质结的光电转化器件，包括：依次层叠的导电基底、底电极、电子传输层、光敏层、空穴传输层、顶电极；其中，
所述光敏层为体异质结光敏层，其材料为Sn掺杂CdO纳米团簇 /富勒烯衍生物。
可选的，所述光敏层的给体为富勒烯衍生物，所述富勒烯衍生物包括PC61BM，PC71BM，ICBA中任意一者；
所述光敏层的受体中Sn元素的掺杂比例为0.1%～5%。
可选的，所述富勒烯衍生物和Sn掺杂的CdO纳米团簇比例为1：(1～5)。
可选的，所述底电极为透明电极；
所述电子传输层的材料为氧化锌或二氧化锡；
所述空穴传输层的材料为Spiro-OMeTAD。
可选的，所述电子传输层的厚度为10 nm～50 nm；
所述光敏层的厚度范围为10 nm～80 nm；
所述顶电极的厚度范围为10 nm～30 nm。
本发明的另一方面，提出一种制备前文记载的基于富勒烯衍生物/Sn掺杂CdO纳米团簇异质结的光电转化器件的方法，所述方法包括：
在导电基底表面上通过印刷或磁控溅射的方式构建底电极；
在所述底电极上，通过溶液法构建电子传输层；
在所述电子传输层上，通过溶液加工方式构建体异质结光敏层；
在所述光敏层上，通过溶液法构建空穴传输层；
在所述空穴传输层上，通过溶液法或真空蒸镀法构建顶电极。
可选的，所述通过溶液法构建电子传输层，包括：
将50 μL～100 μL浓度为1 mg/mL～20 mg/mL的氧化锌或二氧化锡通过溶液加工的方式均匀成膜；
在50 ℃～120 ℃下退火处理25 min～40 min，得到厚度为10 nm~50 nm的电子传输层。
可选的，所述通过溶液加工方式构建体异质结光敏层，包括：
将富勒烯衍生物和Sn掺杂的CdO溶于溶剂中，形成浓度为0.5 mg/mL～20 mg/mL的体异质结溶液；
将所述体异质结溶液通过旋涂，刮涂，水面转移或喷涂方式均匀成膜；
在60℃～150 ℃下，退火处理10 min～40min，形成厚度为10 nm～80 nm的光敏层。
可选的，所述富勒烯衍生物和Sn掺杂的CdO比例为1：(1～5)；
所述溶剂采用氯苯，氯仿，二氯甲烷，邻二氯苯中的一种或多种。
可选的，所述在所述光敏层上形成空穴传输层，包括：
将1~20 mg/mL的Spiro-OMeTAD氯仿溶液充分溶解，采用水面转移法在所述光敏层上形成空穴传输层。
本发明提出一种基于富勒烯衍生物/Sn掺杂CdO纳米团簇异质结的光电转化器件及其制备方法，光电转化器件包括：依次层叠的导电基底、底电极、电子传输层、光敏层、空穴传输层、顶电极；其中，光敏层的材料为富勒烯衍生物/Sn掺杂CdO纳米团簇。本发明通过选择具有强红外吸收和紫外吸收的材料，得到可见光可透过的光电转化器件，实现器件对自然光中的红外光和紫外光成分的有效利用，实现透明器件的多功能化。
附图说明
图1为本发明一实施例的基于富勒烯衍生物/Sn掺杂CdO纳米团簇异质结的光电转化器件的结构示意图；
图2为本发明另一实施例的基于富勒烯衍生物/Sn掺杂CdO纳米团簇异质结的光电转化器件制备方法的流程框图。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。
如图1所示，本发明的一方面，提供一种基于富勒烯衍生物/Sn掺杂CdO纳米团簇异质结的光电转化器件，包括：依次层叠的导电基底110、底电极120、电子传输层130、光敏层140、空穴传输层150、顶电极160；其中，光敏层140为体异质结光敏层，其材料为富勒烯衍生物/Sn掺杂CdO纳米团簇。
本发明通过选择合适的具有强红外吸收和紫外吸收的光敏层材料，即光敏层选择对可见光吸收较弱而对红外光有明显吸收的锡掺杂氧化镉纳米团簇为受体材料和对紫外光有强吸收的富勒烯衍生物为给体，得到可见光可透过的光电转化器件，以实现对自然光中的红外光和紫外光成分有效利用，实现透明器件的多功能化。
本发明的光电转化器件可以是基于上述富勒烯衍生物和纳米团簇形成的异质结太阳能电池，也可以是紫外太阳能电池，红外太阳能电池，可见光太阳能电池以及全波段太阳能电池等。
进一步地，光敏层的富勒烯衍生物和Sn掺杂的CdO纳米团簇两者的比例为1：(1～5)。
更进一步地，给体富勒烯衍生物包括PC61BM，PC71BM，ICBA中任意一者。受体材料选择不同比例锡掺杂的氧化镉纳米团簇，其中，Sn元素的掺杂比例为0.1%～5%。
本发明通过选择合适的锡掺杂比例得到具有优异红外吸收的CdO纳米团簇，以提高光利用率。
更进一步地，本发明的光敏层的厚度范围为10～80 nm。
更进一步地，本发明的导电基底可为刚性材料，例如，石英、玻璃等，也可以为柔性材质，例如，塑料等，对此不作具体限定。
更进一步地，本发明的底电极为透明电极，从而提高透光性，调节器件的光学性能。
更进一步地，本发明的电子传输层的材料采用氧化锌或二氧化锡，电子传输层的厚度为10 nm～50 nm。
更进一步地，本发明的空穴传输层的材料采用Spiro-OMeTAD。
更进一步地，本发明的顶电极厚度范围为10 nm～30 nm，顶电极为导电材料，包括金属和非金属材料，例如，采用Au形成的超薄Au电极，或者根据有机半导体的HOMO或LUMO与金属功率的匹配情况进行选择其他材料形成的有机电极。
本发明利用富勒烯受体分子对紫外光的有效吸收和锡掺杂氧化镉材料对红外光的有效吸收利用，实现了器件对可见光的可透过性和对紫外光和红外光的高效利用，实现了器件光电转化效率等综合性能的提升与多功能化，其光透过率可达到42%，效率可以达到5.8%。
如图2所示，本发明的另一方面，提出一种制备前文记载的基于富勒烯衍生物/Sn掺杂CdO纳米团簇异质结的光电转化器件的方法 S200，具体包括以下步骤 S210～S250：
S210、在导电基底表面上通过印刷或磁控溅射的方式构建底电极。
具体地，将衬底依次在丙酮，醇溶剂和去离子水中超声清洗5 min～30 min，对基底清洗后，并用氮气枪吹干，而后用UV/臭氧或者Plasma表面处理5 min～10 min；之后，在衬底上采用磁控溅射方式或印刷的方式构建底电极，形成ITO导电基底，该ITO导电基底包括导电基底和底电极，本发明的底电极为透明电极。
在一些优选实施例中，在步骤S210中采用的醇溶剂可为异丙醇或乙醇，当然，还可以采用其他的醇溶剂。
在另一些优选实施例中，步骤S210中的超声清洗处理为30 min，UV/臭氧或者Plasma表面处理亲水处理10 min。
S220、在底电极上，通过溶液法构建电子传输层。
具体地，将50～100 μL浓度为1～20 mg/mL的氧化锌或二氧化锡通过溶液加工的方式（旋涂，刮涂，水面转移或喷涂的方式）均匀成膜。
在一些优选实施例中，采用旋涂方式成膜包括：在底电极上，将溶液全面涂布于表面，在2000～6000 rpm/s的转速下，旋转30～60 s，将沉积有电子传输层的基底在50～120℃退火处理25～40 min，得到厚度为10～50 nm的电子传输层。
本发明采用旋涂法形成的电子传输涂层比较均匀。
S230、在电子传输层上通过溶液加工的方式，构建体异质结光敏层。
具体地，采用溶液法将给体分子配制成浓度范围为0.5～15mg/mL的溶液，再将富勒烯衍生物和锡掺杂的氧化镉溶于溶剂中配制成0.5～20 mg/mL体异质结溶液；之后，将50～100 μL浓度为0.5～20 mg/mL的体异质结溶液通过旋涂，刮涂，水面转移或喷涂等方式均匀成膜。
更进一步地，在光敏层成膜后，还需在60℃～150 ℃下，退火处理10 min～40min。
在一些优选实施例中，步骤S230中，富勒烯衍生物和锡掺杂的氧化镉比例为1：1到1：5，溶剂可选择氯苯，氯仿，二氯甲烷，邻二氯苯等一种或多种混合，对此不作具体限定。
作为进一步的优选方案，富勒烯衍生物和锡掺杂的氧化镉的比例选择1：1。
需要说明的是，本发明作为给体的富勒烯衍生物可为PC61BM，PC71BM，ICBA中任一者。
进一步需要说明的是，本发明的受体中，锡元素的掺杂比例为0.1～5%。
在一些优选实施例中，采用液面滴铸法成膜，包括：取20 μL体异质结溶液，将其滴于水面，待溶剂挥发，得到薄膜，直接转移至沉积有电子传输层的基底，即在电子传输层上形成体异质结光敏层。
在另一些优选实施例中，采用旋涂法成膜，包括：将体异质结溶液全面涂布于表面，在2000～6000 rpm/s的转速下，旋转30～60 s，得到厚度为10 nm～80 nm的光敏层。
本发明采用溶液法构建了对紫外光和近红外光有吸收的体异质结吸光层，实现透明器件的多功能化。
S240、采用溶液法或蒸镀法，在光敏层上构建有效空穴传输层。
具体地，将1～20 mg/mL的Spiro-OMeTAD氯仿溶液充分溶解，采用水面转移法在光敏层上形成空穴传输层，以防止溶剂对光敏层的破坏。
S250、通过溶液法或蒸镀法，在空穴传输层上形成顶电极。
具体地，采用蒸镀法，在空穴传输层上构建顶电极，完成器件的构筑。
本发明通过选择合适的锡掺杂比例得到具有优异红外吸收的CdO纳米团簇，以及通过选择合适的溶剂，优化体异质结溶液的比例，优化光敏层成膜工艺，以便得到具有最优厚度的体异质结，还通过优化电子传输层的成膜工艺，选择合适的电子传输层和空穴传输层材料，构建高效率的透明的太阳能电池，实现器件的高效能量转化。
下面将结合几个具体实施例进一步说明光电转化器件的制备方法：
实施例 1
本示例中光电转化器件的制备方法，包括如下步骤：
S1、底电极的构建：将基底依次在丙酮，醇溶剂和去离子水中超声清洗5～30 min，并用氮气枪吹干，而后用UV/臭氧或者Plasma表面处理5～10 min；采用磁控溅射方式或印刷的方式，得到ITO导电基底，包括基底与底电极。
S2、电子传输层的构建：配制浓度为10 mg/mL的SnO2纳米颗粒溶液，取60 μL涂布于基底，采用旋涂的方法，在3000 rpm下保持40 s，而后100 ℃退火处理30 min，得到厚度约为30 nm厚的电子传输层。
S3、光敏层的制备：以氯苯为溶剂，以电子受体PC61BM为紫外光吸收材料，3%锡掺杂的氧化镉为红外光吸收材料，二者以1：1混合配制10 mg/mL的体异质结溶液，并在60 ℃下充分搅拌24 h。溶液冷却至室温后，取60 μL体异质结溶液涂布于基底覆盖有电子传输层的基底之上，在2000 rpm转速下保持40 s，经60 ℃退火30 min，得到厚度为80 nm的体异质结光敏层。
S4、空穴传输层的构建：为了防止溶剂对光敏层的破坏，本实施例中空穴传输层的构建通过水面转移的方式完成，包括：
首先配制5 mg/mL的Spiro-OMeTAD氯仿溶液，充分溶解后，取20 微升溶液滴于水面之上，待溶剂彻底挥发，所得薄膜可直接转移至光敏层之上。
S5、顶电极的构建：蒸镀20 nm厚的金作为顶电极。
本实施例所得器件的光透过率为32 %，其效率更是可以达到5.6 %。
实施例2
本示例中光电转化器件的制备方法，包括如下步骤：
S1、底电极的构建：采用与实施例1中相同的制备方式。
S2、电子传输层的构建：与实施例1类似的制备工艺，不同的是将电子传输层材料替换为氧化锌纳米颗粒。
S3、光敏层的构建：采用与实施例1中相同的制备方式。
S4、空穴传输层的构建：采用与实施例1中相同的制备方式。
S5、顶电极的构建：采用蒸镀金作为顶电极。
本实施例所得器件同样表现出可达到35%的光透过率， 同时在外加光源的作用下，表现出5.4 %的效率。
实施例3
本示例中光电转化器件的制备方法，包括如下步骤：
S1、底电极的构建：采用与实施例1中相同的制备方式。
S2、电子传输层的构建：与实施例1类似的制备工艺，不同的是将SnO2浓度调节至20 mg/mL。
S3、光敏层的构建：采用与实施例1中相同的制备方式。
S4、空穴传输层的构建：采用与实施例1中相同的制备方式。
S5、顶电极的构建：采用蒸镀金作为顶电极。
本实施例通过SnO2浓度的改变，直接导致了电子传输层厚度的变化，其厚度增加至40 nm左右，所得器件同样表现出可达到32 %的光透过率，同时在外加光源的作用下，表现出5.4 %的效率。
实施例4
本示例中光电转化器件的制备方法，包括如下步骤：
S1、底电极的构建：采用与实施例1中相同的制备方式。
S2、电子传输层的构建：与实施例1类似的制备工艺，不同的是将SnO2浓度调节至5mg/mL。
S3、光敏层的构建：采用与实施例1中相同的制备方式。
S4、空穴传输层的构建：采用与实施例1中相同的制备方式。
S5、顶电极的构建：采用蒸镀金作为顶电极。
本实施例通过SnO2浓度的改变，电子传输层的厚度降低至15 nm左右，但所得器件同样表现出可达到33 %的光透过率， 同时在外加光源的作用下，表现出5.1 %的效率。
实施例5
本示例中光电转化器件的制备方法，包括如下步骤：
S1、底电极的构建：采用与实施例1中相同的制备方式。
S2、电子传输层的构建：采用与实施例1相同的制备方式。
S3、光敏层的构建：采用与实施例1类似的制备工艺，不同的是将PC61BM替换为PC71BM。
S4、空穴传输层的构建：采用与实施例1中相同的制备方式。
S5、顶电极的构建：采用蒸镀金作为顶电极。
本实施例所得器件同样表现出可达到35 %的光透过率，同时在外加光源的作用下，表现出5.5 %的效率。
实施例6
本示例中光电转化器件的制备方法，包括如下步骤：
S1、底电极的构建：采用与实施例1中相同的制备方式。
S2、电子传输层的构建：采用与实施例1相同的制备方式。
S3、光敏层的构建：采用与实施例1类似的制备工艺，不同的是将PC61BM与锡掺杂的氧化镉的混合比例调整为1:5。
S4、空穴传输层的构建：采用与实施例1中相同的制备方式。
S5、顶电极的构建：采用蒸镀金作为顶电极。
本实施例所得器件同样表现出可达到38 %的光透过率，同时在外加光源的作用下，表现出4.9%的效率。
实施例7
本示例中光电转化器件的制备方法，包括如下步骤：
S1、底电极的构建：采用与实施例1中相同的制备方式。
S2、电子传输层的构建：采用与实施例1相同的制备方式。
S3、光敏层的构建：采用与实施例1类似的制备工艺，不同的是将PC61BM与锡掺杂的氧化镉的混合比例调整为1:3。
S4、空穴传输层的构建：采用与实施例1中相同的制备方式。
S5、顶电极的构建：采用蒸镀金作为顶电极。
本实施例所得器件同样表现出可达到36%的光透过率，同时在外加光源的作用下，表现出4.9%的效率。
实施例8
本示例中光电转化器件的制备方法，包括如下步骤：
S1、底电极的构建：采用与实施例1中相同的制备方式。
S2、电子传输层的构建：采用与实施例1相同的制备方式。
S3、光敏层的构建：采用与实施例1类似的制备工艺，不同的是将PC61BM与锡掺杂的氧化镉混合液的浓度从10 mg/mL调整为1 mg/mL。
S4、空穴传输层的构建：采用与实施例1中相同的制备方式。
S5、顶电极的构建：采用蒸镀金作为顶电极。
本实施例所得器件的光敏层厚度约为30 nm，同样表现出可达到33 %的光透过率，同时在外加光源的作用下，表现出5.0 %的效率。
实施例9
本示例中光电转化器件的制备方法，包括如下步骤：
S1、底电极的构建：采用与实施例1中相同的制备方式。
S2、电子传输层的构建：采用与实施例1相同的制备方式。
S3、光敏层的构建：采用与实施例1类似的制备工艺，不同的是将PC61BM与锡掺杂的氧化镉混合液的浓度从10 mg/mL调整为20 mg/mL。
S4、空穴传输层的构建：采用与实施例1中相同的制备方式。
S5、顶电极的构建：采用蒸镀金作为顶电极。
本实施例所得器件的光敏层厚度约为30 nm，同样表现出可达到38 %的光透过率，同时在外加光源的作用下，表现出5.0 %的效率。
实施例10
本示例中光电转化器件的制备方法，包括如下步骤：
S1、底电极的构建：采用与实施例1中相同的制备方式。
S2、电子传输层的构建：采用与实施例1相同的制备方式。
S3、光敏层的构建：采用与实施例1类似的制备工艺，不同的是将分散PC61BM与锡掺杂的氧化镉混合液的溶剂调整为氯仿。
S4、空穴传输层的构建：采用与实施例1中相同的制备方式。
S5、顶电极的构建：采用蒸镀金作为顶电极。
本实施例采用的氯仿具有相对较快的挥发速率，所得器件的光敏层厚度略有增加，厚度约为90 nm，光透过率为37%，但更有效的光吸收使得器件在外加光源的作用下，表现出5.1%的效率。
实施例11
本示例中光电转化器件的制备方法，包括如下步骤：
S1、底电极的构建：采用与实施例1中相同的制备方式。
S2、电子传输层的构建：采用与实施例1相同的制备方式。
S3、光敏层的构建：采用与实施例1类似的制备工艺，不同的是将分散PC61BM与锡掺杂的氧化镉混合液的溶剂调整为邻二氯苯。
S4、空穴传输层的构建：采用与实施例1中相同的制备方式。
S5、顶电极的构建：采用蒸镀金作为顶电极。
由于本实施例采用的邻二氯苯具有和氯苯相似的挥发速率，所得器件的光敏层厚度约为40 nm，光透过率为36%，但更有效的光吸收使得器件在外加光源的作用下，表现出5.5 %的效率。
实施例12
本示例中光电转化器件的制备方法，包括如下步骤：
S1、底电极的构建：采用与实施例1中相同的制备方式。
S2、电子传输层的构建：采用与实施例1相同的制备方式。
S3、光敏层的构建：采用与实施例1类似的制备工艺，不同的是将分散PC61BM与锡掺杂的氧化镉混合液的溶剂调整为氯仿和氯苯的混合溶剂。
S4、空穴传输层的构建：采用与实施例1中相同的制备方式。
S5、顶电极的构建：采用蒸镀金作为顶电极。
本实施例所得器件的光敏层厚度略有增加，厚度约为95 nm，光透过率为40%，效率为5.8 %的效率。
实施例13
本示例中光电转化器件的制备方法，包括如下步骤：
S1、底电极的构建：采用与实施例1中相同的制备方式。
S2、电子传输层的构建：采用与实施例1相同的制备方式。
S3、光敏层的构建：制备溶液配制和退火工艺与实施例1相似，不同的是，使用喷涂打印的方式构建光敏层。
S4、空穴传输层的构建：采用与实施例1中相同的制备方式。
S5、顶电极的构建：采用蒸镀金作为顶电极。
本实施例所得光敏层的厚度可精确控制为80 nm，光透过率为35 %，但更有效的光吸收使得器件在外加光源的作用下，表现出5.4 %的效率。
实施例14
本示例中光电转化器件的制备方法，包括如下步骤：
S1、底电极的构建：采用与实施例1中相同的制备方式。
S2、电子传输层的构建：采用与实施例1相同的制备方式。
S3、光敏层的构建：制备溶液配制和成膜工艺与实施例1相似，不同的是，退火不再使用高温，转而使用室温溶剂退火。
S4、空穴传输层的构建：采用与实施例1中相同的制备方式。
S5、顶电极的构建：采用蒸镀金作为顶电极。
本实施例所得光敏层的厚度可精确控制约为80 nm，光透过率为36 %，但更有效的光吸收使得器件在外加光源的作用下，表现出5.5 %的效率。
实施例15
本示例中光电转化器件的制备方法，包括如下步骤：
S1、底电极的构建：采用与实施例1中相同的制备方式。
S2、电子传输层的构建：采用与实施例1相同的制备方式。
S3、光敏层的构建：制备溶液配制和成膜工艺与实施例1相似，不同的是，退火温度提升至90℃。
S4、空穴传输层的构建：采用与实施例1中相同的制备方式。
S5、顶电极的构建：采用蒸镀金作为顶电极。
本实施例采用90℃的退火温度未使得光敏层材料发生相分离，所得光敏层的厚度可精确控制约为80 nm，光透过率为36 %，但更有效的光吸收使得器件在外加光源的作用下，表现出5.2 %的效率。
实施例16
本示例中光电转化器件的制备方法，包括如下步骤：
S1、底电极的构建：采用与实施例1中相同的制备方式。
S2、电子传输层的构建：采用与实施例1相同的制备方式。
S3、光敏层的构建：采用与实施例1相同的制备方式。
S4、空穴传输层的构建：成膜工艺与实施例1相似，不同的是，溶液浓度降低至1mg/mL。
S5、顶电极的构建：采用蒸镀金作为顶电极。
本实施例形成的空穴传输层厚度降低至15 nm，厚度的变薄有利于光透过率提升，其透光率为30 %，但效率为5.1 %。
实施例17
本示例中光电转化器件的制备方法，包括如下步骤：
S1、底电极的构建：采用与实施例1中相同的制备方式。
S2、电子传输层的构建：采用与实施例1相同的制备方式。
S3、光敏层的构建：采用与实施例1相同的制备方式。
S4、空穴传输层的构建：成膜工艺与实施例1相似，不同的是，溶液浓度调整至20mg/mL。
S5、顶电极的构建：采用蒸镀金作为顶电极。
本实施例的空穴传输层厚度降低至50 nm，厚度增加，透光度下降，空穴传输稳定，因而最终实现透光率为42 %，但效率为5.0 %。
对比例1
本对比例中光电转化器件的制备方法，包括如下步骤：
S1、底电极的构建：采用与实施例1中相同的制备方式。
S2、电子传输层的构建：采用与实施例1相同的制备方式。
S3、光敏层的构建：制备工艺与实施例1类似，不同的是将锡的掺杂比例提高为10%。
S4、空穴传输层的构建：采用与实施例1相同的制备方式。
S5、顶电极的构建：采用与实施例1相同的制备方式。
本对比例将锡的掺杂比例提高至10%，基于高掺杂比例使得材料的导电性急剧上升，其效率发生滚降。
对比例2
本对比例中光电转化器件的制备方法，包括如下步骤：
S1、底电极的构建：采用与实施例1中相同的制备方式。
S2、电子传输层的构建：采用与实施例1相同的制备方式。
S3、光敏层的构建：制备工艺与实施例1类似，不同的是将富勒烯衍生物PC61BM与锡掺杂氧化镉的比例调整为2：1。
S4、空穴传输层的构建：采用与实施例1相同的制备方式。
S5、顶电极的构建：采用与实施例1相同的制备方式。
本对比例提高了富勒烯衍生物与锡掺杂氧化镉的比例，PC61BM比例的提高使得器件的透光率下降，透光率降低至40%，同时离散的异质结构，使得效率下降至2.4 %。
对比例3
本对比例中光电转化器件的制备方法，包括如下步骤：
S1、底电极的构建：采用与实施例1中相同的制备方式。
S2、电子传输层的构建：采用与实施例1相同的制备方式。
S3、光敏层的构建：制备工艺与实施例1类似，不同的是将富勒烯衍生物PC61BM与锡掺杂氧化镉混合溶液的浓度提高至30 mg/mL。
S4、空穴传输层的构建：采用与实施例1相同的制备方式。
S5、顶电极的构建：采用与实施例1相同的制备方式。
本对比例将混合溶液的浓度提高至30 mg/mL，形成了高浓度的异质结层，同样将导致器件的透光率下架，同时使得光生电子空穴的传输路径加长，影响器件效率。透光率降低至40%，效率下降至2.6 %。
对比例4
本对比例中光电转化器件的制备方法，包括如下步骤：
S1、底电极的构建：采用与实施例1中相同的制备方式。
S2、电子传输层的构建：采用与实施例1相同的制备方式。
S3、光敏层的构建：制备工艺与实施例1类似，不同的是将富勒烯衍生物PC61BM与锡掺杂氧化镉成膜后的退火温度调整至150℃。
S4、空穴传输层的构建：采用与实施例1相同的制备方式。
S5、顶电极的构建：采用与实施例1相同的制备方式。
本对比例将光敏层的构建中退火的温度提高至150℃，高温退火将导致PC61BM在体异质结中发生相分离，使得效率下降至1.3 %。
对比例5
本对比例中光电转化器件的制备方法，包括如下步骤：
S1、底电极的构建：采用与实施例1中相同的制备方式。
S2、电子传输层的构建：采用与实施例1相同的制备方式。
S3、光敏层的构建：采用与实施例1相同的制备方式。
S4、空穴传输层的构建：溶液配制与制实施例1类似，不同的是采用旋涂的方式。
S5、顶电极的构建：采用与实施例1相同的制备方式。
本对比例由于氯苯溶剂对PC61BM的溶解，使得光敏层被破坏，器件效率滚降至0.5%。
本发明提出一种基于富勒烯衍生物/Sn掺杂CdO纳米团簇异质结的光电转化器件及其制备方法，具有以下有益效果：本发明利用富勒烯受体分子对紫外光的有效吸收和锡掺杂氧化镉材料对红外光的有效吸收利用，将该材料设置在光敏层，得到高效率的透明太阳能电池，实现了器件对可见光的可透过性和对紫外光和红外光的高效利用，进一步实现了器件光电转化效率等综合性能的提升。另外，本发明的制备方法通过优化体异质结溶液的比例以及光响层和传输层的成膜工艺，实现器件的高效能量转化，从而得到高效率的透明太阳能电池。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于富勒烯衍生物/Sn掺杂CdO纳米团簇异质结的光电转化器件，其特征在于，包括：依次层叠的导电基底、底电极、电子传输层、光敏层、空穴传输层、顶电极；其中，
所述光敏层为体异质结光敏层，其材料为富勒烯衍生物/Sn掺杂CdO纳米团簇。
2.根据权利要求1所述的光电转化器件，其特征在于，所述光敏层的给体为富勒烯衍生物，所述富勒烯衍生物包括PC61BM，PC71BM，ICBA中任意一者；
所述光敏层的受体中Sn元素的掺杂比例为0.1%～5%。
3.根据权利要求2所述的光电转化器件，其特征在于，所述富勒烯衍生物和所述Sn掺杂的CdO纳米团簇比例为1：(1～5)。
4.根据权利要求1所述的光电转化器件，其特征在于，所述底电极为透明电极；
所述电子传输层的材料为氧化锌或二氧化锡；
所述空穴传输层的材料为Spiro-OMeTAD。
5.根据权利要求1所述的光电转化器件，其特征在于，所述电子传输层的厚度为10 nm～50 nm；
所述光敏层的厚度范围为10 nm～80 nm；
所述顶电极的厚度范围为10 nm～30 nm。
6.一种制备如权利要求1至5任一项所述的基于富勒烯衍生物/Sn掺杂CdO纳米团簇异质结的光电转化器件的方法，其特征在于，所述方法包括：
在导电基底表面上通过印刷或磁控溅射的方式构建底电极；
在所述底电极上，通过溶液法构建电子传输层；
在所述电子传输层上，通过溶液加工方式构建体异质结光敏层；
在所述光敏层上，通过溶液法构建空穴传输层；
在所述空穴传输层上，通过溶液法或真空蒸镀法构建顶电极。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述通过溶液法构建电子传输层，包括：
将50 μL～100 μL浓度为1 mg/mL～20 mg/mL的氧化锌或二氧化锡通过溶液加工的方式均匀成膜；
在50 ℃～120 ℃下退火处理25 min～40 min，得到厚度为10 nm～50 nm的电子传输层。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述通过溶液加工方式构建体异质结光敏层，包括：
将富勒烯衍生物和Sn掺杂的CdO溶于溶剂中，形成浓度为0.5 mg/mL～20 mg/mL的体异质结溶液；
将所述体异质结溶液通过旋涂，刮涂，水面转移或喷涂方式均匀成膜；
在60℃～150 ℃下，退火处理10 min～40min，形成厚度为10 nm～80 nm的光敏层。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述富勒烯衍生物和Sn掺杂的CdO纳米团簇比例为1：(1～5)；
所述溶剂采用氯苯，氯仿，二氯甲烷，邻二氯苯中的一种或多种。
10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述在所述光敏层上形成空穴传输层，包括：
将1 mg/mL～20 mg/mL的Spiro-OMeTAD氯仿溶液充分溶解，采用水面转移法在所述光敏层上形成空穴传输层。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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