CN116887652B - 一种两端钙钛矿有机叠层太阳电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光电功能材料与器件技术领域，提供了一种两端钙钛矿有机叠层太阳电池及其制备方法，采用Ag和Au双层金属作为复合层，通过能带梯度对准的手段，使得复合层和顶底子电池的传输层都具有良好的欧姆接触，从而产生良好的载流子提取以及在复合层中发生充分的载流子复合，大大提高了两端钙钛矿有机叠层太阳电池的开路电压和光电转换效率。本发明提出的互连方法为制备高效的钙钛矿基叠层太阳电池提供了新思路，具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及光电功能材料与器件技术领域，尤其涉及一种两端钙钛矿有机叠层太阳电池及其制备方法。
背景技术
目前基于钙钛矿有机等的叠层太阳电池已被广泛研究。钙钛矿有机叠层太阳电池从结构的角度，可分为两类，分别为四端和两端钙钛矿有机叠层太阳电池。对于四端叠层太阳电池来说，每个子电池独立运行、不需要电流匹配和互连层结构是它的优势。然而，四端叠层太阳电池显著的光损耗、复杂的制造工艺和较高的材料成本严重阻碍了其工业应用。相比之下，重量轻、成本低的两端叠层太阳电池(由两个子电池在电学和光学上集成)在未来的模块安装中更具吸引力。两端叠层太阳电池通过互连层将顶底电池直接连接。互连层在确定两端叠层太阳电池性能方面起着重要作用。首先，两端叠层太阳电池中的互连层需要与子电池形成欧姆接触。同时，为了保证互连层中的有效载流子复合和窄禁带底电池的有效光吸收，互连层还需要具有低接触电阻和高透明度。理想的互连层必须是化学惰性的、导电的、光学透明的。通常，互连层包括电子传输层、空穴传输层和中间的复合层。复合层通常包括超薄金属或透明金属氧化物，顶底电池中多余的电子和空穴将在复合层中复合。透明金属氧化物通常需要采用溅射的方法制备，这会对下层的传输层甚至钙钛矿层产生损伤，引入原子层沉积的二氧化锡作为阻挡层可以减小这种损伤，但是又大大增加了制备的复杂度。而蒸发的薄层金属（Ag或者Au）的制备方式则较温和、易行，因此被广泛使用。
然而将Ag或者Au作为蒸发的金属，厚度过薄不能提供足够的复合位点使得叠层器件中的载流子产生充分的复合；厚度过厚又会产生光的寄生吸收，这制约了叠层器件的光吸收。因此，亟需一种更为合理的复合层来有效的串联两端钙钛矿有机叠层太阳电池。
发明内容
本发明旨在至少解决相关技术中存在的技术问题之一。为此，本发明首先采用单层的Ag或者Au作为复合层来构建两端钙钛矿有机叠层太阳电池，并且在此基础上提出了一种更为合理的Ag和Au双层金属作为复合层来更加有效地串联两端钙钛矿有机叠层太阳电池。
本发明提供一种两端钙钛矿有机叠层太阳电池的制备方法，包括如下步骤：
S1：将透明导电玻璃清洗后进行紫外臭氧处理，获得透明导电衬底；
S2：在所述透明导电衬底上旋涂NiOx水溶液，进行第一次退火，获得第一空穴传输层；
S3：在所述第一空穴传输层上采用一步法旋涂钙钛矿溶液，进行第二次退火，获得钙钛矿活性层；
S4：在所述钙钛矿活性层上旋涂PC61BM的氯苯溶液，获得第一电子传输层；
S5：在所述第一电子传输层上旋涂BCP溶液，获得缓冲阻挡层；
S6：在所述缓冲阻挡层上真空蒸镀Ag和Au，获得复合层；
S7：在所述复合层上真空蒸镀MoOx，获得第二空穴传输层；
S8：在所述第二空穴传输层上旋涂有机活性溶液，进行第三次退火，获得有机活性层；
S9：在所述有机活性层上旋涂PFN-Br溶液，获得第二电子传输层；
S10：在所述第二电子传输层上真空蒸镀金属电极，获得两端钙钛矿有机叠层太阳电池。
根据本发明提供的一种两端钙钛矿有机叠层太阳电池的制备方法，所述S1步骤包括如下步骤：
S11：将透明导电玻璃用清洗剂、去离子水和异丙醇进行清洗，获得第一衬底；
S12：将所述第一衬底进行超声清洗，获得第二衬底；
S13：将所述第二衬底进行紫外臭氧处理，获得透明导电衬底。
根据本发明提供的一种两端钙钛矿有机叠层太阳电池的制备方法，所述S3步骤包括如下步骤：
S31：将FAI、CsI、PbBr2和PbI2置于DMF和DMSO的混合溶液中，进行搅拌，获得钙钛矿溶液；
S32：在所述第一空穴传输层旋涂所述钙钛矿溶液35s；在第20s时，在所述第一空穴传输层上滴加乙酸甲酯，再进行第二次退火，获得钙钛矿活性层。
根据本发明提供的一种两端钙钛矿有机叠层太阳电池的制备方法，所述S8步骤包括如下步骤：
S81：将PM6、Y6、1-CN和PC61BM置于氯仿中，进行搅拌，获得有机活性溶液；
S82：在所述第二空穴传输层上旋涂有机活性溶液，进行第三次退火，获得有机活性层。
根据本发明提供的一种两端钙钛矿有机叠层太阳电池的制备方法，所述第一次退火的温度为150 ℃；所述第二次退火的温度为100 ℃；所述第三次退火的温度为100 ℃。
根据本发明提供的一种两端钙钛矿有机叠层太阳电池的制备方法，所述Ag的蒸镀厚度为1 nm；所述Au的蒸镀厚度为1 nm。
根据本发明提供的一种两端钙钛矿有机叠层太阳电池的制备方法，所述MoOx的蒸镀厚度为20 nm。
根据本发明提供的一种两端钙钛矿有机叠层太阳电池的制备方法，所述金属电极为Ag电极，所述Ag电极的蒸镀厚度为100 nm。
根据本发明提供的一种两端钙钛矿有机叠层太阳电池的制备方法，所述真空蒸镀的真空度为3×10-4Pa，蒸发速率为0.1 Å/s。
一种如上所述的一种两端钙钛矿有机叠层太阳电池的制备方法制备的两端钙钛矿有机叠层太阳电池，所述两端钙钛矿有机叠层太阳电池的开路电压大于或等于2 V。
本发明实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果之一：
1.本发明提供的一种两端钙钛矿有机叠层太阳电池及其制备方法，采用了蒸发的Ag和Au双层金属作为复合层，不会对钙钛矿子电池产生损伤，还能够实现宽带隙的钙钛矿子电池和窄带隙的有机子电池更加良好的电气互连。
2.本发明提供的一种两端钙钛矿有机叠层太阳电池及其制备方法，采用了Ag和Au双层金属作为复合层，通过能带梯度对准的手段，使得复合层和电子传输层都具有良好的欧姆接触，能够同时降低互连层中的电子势垒和空穴势垒，从而产生良好的载流子提取以及在复合层中发生充分的载流子复合，大大提高两端钙钛矿有机叠层太阳电池的开路电压以及光电转换效率。
3.本发明提供的一种两端钙钛矿有机叠层太阳电池及其制备方法，通过对蒸镀的Ag和Au厚度的严格控制，使Ag和Au复合层拥有较低的载流子浓度，减小了光的散射作用，有益于光的透过，从而可以减小光的寄生吸收，进一步减小了对两端钙钛矿有机叠层太阳电池光吸收的限制。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的两端钙钛矿有机叠层太阳电池的结构示意图。
图2是对比例1、对比例2和本发明制备的两端钙钛矿有机叠层太阳电池的J-V曲线对比图。
图3是本发明、对比例1和对比例2中制备的两端钙钛矿有机叠层太阳电池中通过外加滤光片测得的宽带隙钙钛矿子电池的EQE对比图。
图4是本发明、对比例1和对比例2中制备的两端钙钛矿有机叠层太阳电池中通过外加滤光片测得的窄带隙有机子电池的EQE对比图。
图5是对比例1中Ag复合层的SEM图。
图6是对比例1中Ag复合层的AFM图。
图7是对比例2中Au复合层的SEM图。
图8是对比例2中Au复合层的AFM图。
图9是本发明提供的Ag和Au复合层的SEM图。
图10是本发明提供的Ag和Au复合层的AFM图。
图11是本发明提供的MoOx的吸收图谱。
图12是本发明提供的根据图11导出的Tauc曲线。
图13是本发明提供的MoOx的UPS图。
图14是本发明提供的MoOx、Ag和Au的UPS对比图。
图15是对比例1、对比例2、空白实验和本发明制备的两端钙钛矿有机叠层太阳电池的J-V直线对比图。
附图标记：
1、透明导电衬底；2、第一空穴传输层；3、钙钛矿活性层；4、第一电子传输层；5、缓冲阻挡层；6、复合层；7、第二空穴传输层；8、有机活性层；9、第二电子传输层；10、金属电极。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明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。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
首先，对本发明中涉及到的英文缩略词进行解释，如表1所示：
表1 缩略词注释表
下面通过图1至图15对本发明提供的一种两端钙钛矿有机叠层太阳电池及其制备方法进行描述：
本发明提供一种两端钙钛矿有机叠层太阳电池的制备方法，包括如下步骤：
S1：将透明导电玻璃清洗后进行紫外臭氧处理，获得透明导电衬底1；
S2：在所述透明导电衬底1上旋涂NiOx水溶液，进行第一次退火，获得第一空穴传输层2；
S3：在所述第一空穴传输层2上采用一步法旋涂钙钛矿溶液，进行第二次退火，获得钙钛矿活性层3；
S4：在所述钙钛矿活性层3上旋涂PC61BM的氯苯溶液，获得第一电子传输层4；
S5：在所述第一电子传输层4上旋涂BCP溶液，获得缓冲阻挡层5；
S6：在所述缓冲阻挡层5上真空蒸镀Ag和Au，获得复合层6；
S7：在所述复合层6上真空蒸镀MoOx，获得第二空穴传输层7；
S8：在所述第二空穴传输层7上旋涂有机活性溶液，进行第三次退火，获得有机活性层8；
S9：在所述有机活性层8上旋涂PFN-Br溶液，获得第二电子传输层9；
S10：在所述第二电子传输层9上真空蒸镀金属电极10，获得两端钙钛矿有机叠层太阳电池。
根据本发明提供的一种两端钙钛矿有机叠层太阳电池的制备方法，所述S1步骤包括如下步骤：
S11：将透明导电玻璃用清洗剂、去离子水和异丙醇进行清洗，获得第一衬底；
S12：将所述第一衬底进行超声清洗，获得第二衬底；
S13：将所述第二衬底进行紫外臭氧处理，获得透明导电衬底1。
根据本发明提供的一种两端钙钛矿有机叠层太阳电池的制备方法，所述S3步骤包括如下步骤：
S31：将FAI、CsI、PbBr2和PbI2置于DMF和DMSO的混合溶液中，进行搅拌，获得钙钛矿溶液；
S32：在所述第一空穴传输层2旋涂所述钙钛矿溶液35s；在第20s时，在所述第一空穴传输层2上滴加乙酸甲酯，再进行第二次退火，获得钙钛矿活性层3。
根据本发明提供的一种两端钙钛矿有机叠层太阳电池的制备方法，所述S8步骤包括如下步骤：
S81：将PM6、Y6、1-CN和PC61BM置于氯仿中，进行搅拌，获得有机活性溶液；
S82：在所述第二空穴传输层7上旋涂有机活性溶液，进行第三次退火，获得有机活性层8。
在一个实施例中，一种两端钙钛矿有机叠层太阳电池的制备方法，包括如下步骤：
S1：将透明导电玻璃用清洗剂、去离子水和异丙醇进行清洗20 min，获得第一衬底；进一步地，将所述第一衬底进行超声清洗，获得第二衬底；进一步地，将所述第二衬底进行紫外臭氧处理，获得透明导电衬底1。
S2：在所述透明导电衬底1上以1700 rpm的转速旋涂25 mg/mL的NiOx水溶液，之后在空气中150 ℃的条件下退火20 min，获得第一空穴传输层2。
S3：获得所述获得第一空穴传输层2后，转移至手套箱中进行钙钛矿活性层3的制备，采用一步法旋涂钙钛矿溶液，在100 ℃的条件下退火10 min，获得钙钛矿活性层3。
其中，钙钛矿溶液的制备方法为：将129.0 mg FAI, 65.0 mg CsI, 220.2 mgPbBr2和189.1 mg PbI2溶于1 mLDMF/DMSO (4:1 v/v)，获得钙钛矿溶液。
一步法操作步骤为：滴加钙钛矿溶液于基底中央，之后以6000 rpm的转速旋涂35s，并且在第20 s时滴加200 μL乙酸甲酯。
其中，钙钛矿活性层3为宽带隙钙钛矿薄膜。
S4：在所述钙钛矿活性层3上以2000 rpm的转速旋涂20 mg/mL的PC61BM的氯苯溶液，获得第一电子传输层4。
S5：在所述第一电子传输层4上以4000 rpm的转速旋涂1 mg/mL的BCP溶液，获得缓冲阻挡层5。
S6：在所述缓冲阻挡层5上真空蒸镀金属层，获得复合层6。
S7：在所述复合层6上真空蒸镀20 nm的MoOx，获得第二空穴传输层7。
S8：在所述第二空穴传输层7上以2500 rpm的转速旋涂有机活性溶液，随后在100℃条件下退火10 min，获得有机活性层8。
其中，有机活性溶液的制备方法为：将7 mg PM6，8.4 mg Y6和1.4 mg PC61BM溶于1mL 氯仿，并且加入5 μL的1-CN，获得有机活性溶液。
其中，有机活性层8为窄带隙有机薄膜。
S9：在所述有机活性层8上以4000 rpm的转速旋涂PFN-Br溶液，获得第二电子传输层9。
S10：在所述第二电子传输层9上真空蒸镀100 nm的Ag电极，获得两端钙钛矿有机叠层太阳电池。
根据本发明提供的一种两端钙钛矿有机叠层太阳电池的制备方法，所述第一次退火的温度为150 ℃；所述第二次退火的温度为100℃；所述第三次退火的温度为100 ℃。
根据本发明提供的一种两端钙钛矿有机叠层太阳电池的制备方法，所述Ag的蒸镀厚度为1 nm；所述Au的蒸镀厚度为1 nm。
根据本发明提供的一种两端钙钛矿有机叠层太阳电池的制备方法，所述MoOx的蒸镀厚度为20 nm。
根据本发明提供的一种两端钙钛矿有机叠层太阳电池的制备方法，所述金属电极10为Ag电极，所述Ag电极的蒸镀厚度为100 nm。
根据本发明提供的一种两端钙钛矿有机叠层太阳电池的制备方法，所述复合层6的真空蒸镀的真空度为3×10-4Pa，蒸发速率控制在0.1Å/s左右。
其中，真空蒸镀的MoOx时，真空度为3×10-4Pa，蒸发速率控制在0.1Å/s左右。
一种如上所述的一种两端钙钛矿有机叠层太阳电池的制备方法制备的两端钙钛矿有机叠层太阳电池，所述两端钙钛矿有机叠层太阳电池的开路电压大于或等于2 V。
如图1所示，本发明提供的一种两端钙钛矿有机叠层太阳电池的制备方法制备的两端钙钛矿有机叠层太阳电池，包括所述透明导电衬底1、所述第一空穴传输层2、所述钙钛矿活性层3、所述第一电子传输层4、所述缓冲阻挡层5、所述复合层6、所述第二空穴传输层7、所述有机活性层8、所述第二电子传输层9和所述金属电极10，所述第一空穴传输层2位于所述透明导电衬底1上，所述钙钛矿活性层3位于所述第一空穴传输层2上，所述第一电子传输层4位于所述钙钛矿活性层3上，所述缓冲阻挡层5位于所述第一电子传输层4上，所述复合层6位于所述缓冲阻挡层5上，所述第二空穴传输层7位于所述复合层6上，所述有机活性层8位于所述第二空穴传输层7上，所述第二电子传输层9位于所述有机活性层8上，所述金属电极10位于所述第二电子传输层9上。
下面根据对比例1-2与实施例1-4对本发明提供的一种两端钙钛矿有机叠层太阳电池及其制备方法进行描述。
对比例1
具体制备方法如下：
按照本发明提供的一种两端钙钛矿有机叠层太阳电池的制备方法进行制备，与本发明不同的是在步骤S6中仅真空蒸镀超薄2 nm的Ag，获得复合层，将复合层按照本发明提供的一种两端钙钛矿有机叠层太阳电池的制备方法继续进行制备，最终获得两端钙钛矿有机叠层太阳电池。
对比例2
具体制备方法如下：
按照本发明提供的一种两端钙钛矿有机叠层太阳电池的制备方法进行制备，与本发明不同的是在步骤S6中仅真空蒸镀超薄2 nm的Au，获得复合层，将复合层按照本发明提供的一种两端钙钛矿有机叠层太阳电池的制备方法继续进行制备，最终获得两端钙钛矿有机叠层太阳电池。
空白对照实验（WithoutRL）为步骤S6中不真空蒸镀薄层金属Ag或Au，其余步骤完全和本发明相同。
进一步地，上述蒸镀厚度均由膜厚仪直接读出。
实施例1
本实施例通过电流-电压特性曲线测试（J-V），得到图2，从而反映太阳电池的光电性能。从中可以得到短路电流密度，开路电压，填充因子，光电转换效率，串联电阻和并联电阻等光电参数，是判断太阳电池性能的重要指标，根据图2导出的数据列于表2中。
短路电流密度（Short-circuitcurrent density，Jsc）：是指电池在短路条件下的输出电流，反映在J-V曲线中，即电压为零时曲线对应的电流密度。短路电流密度与吸光材料的带隙，吸光层的厚度和质量，载流子传输层的透光率等有关。开路电压（Open-circuitvoltage，Voc）：是指在断路条件下电池正负极之间电压，反映在J-V曲线中，即电流密度为零时曲线对应的电压。开路电压的大小受多方面的因素，比如吸光材料的带隙，器件的能级结构，吸光材料的质量，界面处的复合等。填充因子（Fill factor，FF）：是最大输出功率Pmax与开路电压和短路电流密度乘积的比值，用于衡量太阳电池的输出特性，填充因子越大，电池的输出率越大，填充因子可以根据如下所示公式进行计算：
；
其中，FF为填充因子；Pmax为最大输出功率；Jsc为短路电流密度；Voc为开路电压。
此外，在真实的太阳电池中，能量被耗散在接触电阻和太阳电池边缘的漏电电流上，相当于两种寄生电阻，串联电阻Rs和并联电阻Rsh。填充因子与串联电阻和并联电阻关系密切，串联电阻越小，并联电阻越大，填充因子就越高。填充因子能直接反映器件的整体性能。
光电转换效率（PCE）：是电池最大输出功率与太阳辐照到达地面的太阳辐照度Ps的比值，是衡量太阳电池将光能转换成电能能力的直接指标，是反映电池质量和技术优劣的重要参数，光电转换效率可以根据如下所示公式进行计算：
；
其中，PCE为光电转换效率；Ps为太阳辐照度。
此外，J-V曲线可以设置正向与反向扫描，正向扫描即从负偏压扫描到正偏压，而负向扫描即从正偏压扫描到负偏压。J-V曲线会受扫描方向的影响，这种正反扫效率不同的现象称为“磁滞现象”。
将对比例1-2制备的两端钙钛矿有机叠层太阳电池与本发明提供的一种两端钙钛矿有机叠层太阳电池的制备方法制备的两端钙钛矿有机叠层太阳电池进行性能对比，如表2所示：
表2不同复合层对应两端钙钛矿有机叠层太阳电池的器件性能
根据图2可以看到本发明提供的一种两端钙钛矿有机叠层太阳电池的J-V曲线（Ag/Au）与横纵坐标的交点都是最大的，正向和反向扫描曲线几乎重合，并且也是最饱满的，通常J-V曲线越饱满，器件的FF越大，进一步说明本发明提供的一种两端钙钛矿有机叠层太阳电池具有优异的光电特性，这一点也可以通过表2中的具体光电参数得到印证。表2中采用Ag和Au双层金属作为复合层的叠层器件，在反扫条件下，具有最大为22.37%的光电转换效率，并且既保持了接近80%的高填充和13.60 mA/cm2的短路电流密度，也进一步提升了开路电压，实现了开路电压为2067 mV的叠层太阳电池。
EQE是一种评估太阳电池光伏性能的主要表征手段。将EQE定义为检测到的电子-空穴对数量与照射在器件表面的一定能量的光子数量的比值。根据EQE测试，可以直接判断被测太阳电池吸收光子，产生电子-空穴对，分离并提取这些电子-空穴对的效率。另外对EQE光谱进行积分，还可以间接得到器件的短路电流密度。
根据图3和图4所示，Ag作为复合层对应的叠层器件中宽带隙钙钛矿子电池和窄带隙有机子电池的电流分别为13.57 mA/cm2和13.13 mA/cm2，Au作为复合层对应的叠层器件中宽带隙钙钛矿子电池和窄带隙有机子电池的电流分别为13.41 mA/cm2和12.92 mA/cm2，Ag和Au（Ag/Au）作为复合层对应的叠层器件中宽带隙钙钛矿子电池和窄带隙有机子电池的电流分别为13.53 mA/cm2和13.62 mA/cm2，没有蒸镀金属对应的叠层器件中宽带隙钙钛矿子电池和窄带隙有机子电池的电流分别为12.93 mA/cm2和14.30 mA/cm2。进一步说明本发明提供的一种两端钙钛矿有机叠层太阳电池的电流密度与EQE积分出的电流密度对应良好，以Ag和Au双层金属作为复合层对应的叠层器件中宽带隙钙钛矿子电池和窄带隙有机子电池的电流分别为13.53 mA/cm2和13.62mA/cm2，电流失配最小，说明本发明提供的Ag和Au双层金属复合是最充分有效的。
实施例2
为了进一步深入研究不同金属复合层对两端钙钛矿有机叠层太阳电池的影响，本实施例采用SEM和AFM测试对制备的金属复合层表面形貌进行表征，根据图5至图6所示，只蒸镀单层Ag的复合层由于过薄则呈现不完全覆盖的团簇状，具有最大的粗糙度，根据图7至图10所示，只蒸镀单层Au的复合层和本发明提供的Ag和Au复合层表面均呈连续均一的，粗糙度相对较小。
其中，表面粗糙度的定量标准为ASMEB46.1粗糙度分析标准。根据图6所示，只蒸镀单层Ag的复合层的轮廓长度范围值为-11.3~11.6nm，粗糙度Rq为3.25nm；根据图8所示，只蒸镀单层Au的复合层的轮廓长度范围值为-9.8~9.7nm，粗糙度Rq为2.68nm；根据图10所示，本发明提供的Ag和Au复合层的轮廓长度范围值为-10.4~10.1nm，粗糙度Rq为2.79nm。
再通过霍尔效应测试对不同金属复合层进一步表征，结果如下表3所示：
表3 室温下不同金属复合层的霍尔效应测试
如表3所示，Ag和Au复合层具有最佳的载流子迁移率为5.87×102cm2/V.S，这使得本发明提供的一种两端钙钛矿有机叠层太阳电池的互连层更有益于提取载流子。Ag和Au复合层还具有最小的载流子浓度为4.77×1017cm3，这减小了本发明提供的一种两端钙钛矿有机叠层太阳电池的互连层中载流子对光的散射作用，有益于光的透过，从而进一步可以减小光的寄生吸收。
如表4所示为对比例1、对比例2和本发明中制备的金属复合层平均透过率。
表4不同金属复合层的平均透过率
两端钙钛矿有机叠层太阳电池中的窄带隙有机子电池主要吸收600~1000 nm的光。由表4可知，对比例1中的Ag复合层具有最良好的透过率，这主要是因为其表面不完全覆盖的团簇状外观；而Ag和Au复合层的透过率要优于单层Au复合层，这主要是因为Ag和Au复合层拥有较低的载流子浓度，减小了光的散射作用，有益于光的透过，从而进一步可以减少光的寄生吸收，而且Ag和Au复合层呈现为双层结构，可以进一步实现宽带隙的钙钛矿子电池和窄带隙的有机子电池良好的电气互连。
实施例3
为进一步研究不同复合层对互连层BCP和MoOx接触产生势垒的影响，进行Abs和UPS测试。根据图11和图12可知，由吸收图谱导出MoOx的带隙Eg约为3.2 eV。根据图14可知，由UPS测得MoOx的功函数为5.25 eV，这相比理论值6.9 eV要较低，这是因为MoOx在空气中制备得到，必然会暴露于空气中，吸附水氧之后，会导致功函数下降。
现有技术中对BCP进行Abs和UPS测试可知，BCP的功函数为4.15 eV，带隙为3.60eV。根据图14可知，Ag的功函数为4.77 eV，Au的功函数为5.08 eV。综上，根据图13可知，MoOx价带顶EV到费米能级EF的差值为3.16 eV，可进一步根据能带理论，得到不同复合层和BCP接触之后产生的电子势垒，以及和MoOx之间的空穴势垒。
当仅使用Ag作为复合层时，Ag与BCP之间的电子势垒是最小的为0.62 eV，而与MoOx的空穴势垒为较大的0.48 eV，这有利于电子的提取但是不利于空穴的输运，使载流子复合不够充分；当仅使用Au作为复合层时，Au与BCP之间的电子势垒是最大的为0.93 eV，而与MoOx的空穴势垒为0.17 eV，这仅利于空穴的提取，但不利于电子的提取，这也与表2中使用Au作为复合层的叠层器件的串联电阻最大的结果相对应；而当采用Ag和Au双层金属作为复合层时，复合层在保持与BCP之间的0.62 eV的低电子势垒的同时，也可以与MoOx保持着0.17 eV的低空穴势垒，这刚好使得电子和空穴的输运达到平衡，从而使得载流子在复合层中产生有效充分地复合。
实施例4
最后测试对比例1、对比例2、空白实验和本发明制备的两端钙钛矿有机叠层太阳电池的J-V，J-V的斜率与器件的垂直导电率成正相关。由图15可得，空白实验中制备的两端钙钛矿有机叠层太阳电池J-V斜率最小，因而导电性最差；而对比例1（Ag）和本发明制备的两端钙钛矿有机叠层太阳电池（Ag/Au）的J-V斜率相当，是最大的，因而导电性是最好的；对比例2（Au）制备的两端钙钛矿有机叠层太阳电池的J-V斜率相对较小，说明其导电性则相对对比例1和本发明中制备的两端钙钛矿有机叠层太阳电池互连较差。这样的结果也与上述结论一致。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种两端钙钛矿有机叠层太阳电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：将透明导电玻璃清洗后进行紫外臭氧处理，获得透明导电衬底；
S2：在所述透明导电衬底上旋涂NiOx水溶液，进行第一次退火，获得第一空穴传输层；
S3：在所述第一空穴传输层上采用一步法旋涂钙钛矿溶液，进行第二次退火，获得钙钛矿活性层；
S4：在所述钙钛矿活性层上旋涂PC61BM的氯苯溶液，获得第一电子传输层；
S5：在所述第一电子传输层上旋涂BCP溶液，获得缓冲阻挡层；
S6：在所述缓冲阻挡层上依次真空蒸镀Ag层和Au层，获得复合层；
S7：在所述复合层上真空蒸镀MoOx，获得第二空穴传输层；
S8：在所述第二空穴传输层上旋涂有机活性溶液，进行第三次退火，获得有机活性层；
S9：在所述有机活性层上旋涂PFN-Br溶液，获得第二电子传输层；
S10：在所述第二电子传输层上真空蒸镀金属电极，获得两端钙钛矿有机叠层太阳电池。
2.根据权利要求1所述的一种两端钙钛矿有机叠层太阳电池的制备方法，其特征在于，所述S1步骤包括如下步骤：
S11：将透明导电玻璃用清洗剂、去离子水和异丙醇进行清洗，获得第一衬底；
S12：将所述第一衬底进行超声清洗，获得第二衬底；
S13：将所述第二衬底进行紫外臭氧处理，获得透明导电衬底。
3.根据权利要求1所述的一种两端钙钛矿有机叠层太阳电池的制备方法，其特征在于，所述S3步骤包括如下步骤：
S31：将FAI、CsI、PbBr2和PbI2置于DMF和DMSO的混合溶液中，进行搅拌，获得钙钛矿溶液；
S32：在所述第一空穴传输层旋涂所述钙钛矿溶液35s；在第20s时，在所述第一空穴传输层上滴加乙酸甲酯，再进行第二次退火，获得钙钛矿活性层。
4.根据权利要求1所述的一种两端钙钛矿有机叠层太阳电池的制备方法，其特征在于，所述S8步骤包括如下步骤：
S81：将PM6、Y6、1-CN和PC61BM置于氯仿中，进行搅拌，获得有机活性溶液；
S82：在所述第二空穴传输层上旋涂有机活性溶液，进行第三次退火，获得有机活性层。
5.根据权利要求1所述的一种两端钙钛矿有机叠层太阳电池的制备方法，其特征在于，所述第一次退火的温度为150 ℃；所述第二次退火的温度为100 ℃；所述第三次退火的温度为100 ℃。
6.根据权利要求1所述的一种两端钙钛矿有机叠层太阳电池的制备方法，其特征在于，所述Ag层的蒸镀厚度为1nm；所述Au层的蒸镀厚度为1nm。
7.根据权利要求1所述的一种两端钙钛矿有机叠层太阳电池的制备方法，其特征在于，所述MoOx的蒸镀厚度为20 nm。
8.根据权利要求1所述的一种两端钙钛矿有机叠层太阳电池的制备方法，其特征在于，所述金属电极为Ag电极，所述Ag电极的蒸镀厚度为100 nm。
9.根据权利要求1所述的一种两端钙钛矿有机叠层太阳电池的制备方法，其特征在于，所述真空蒸镀的真空度为3×10-4Pa，蒸发速率为0.1Å/s。
10.一种如权利要求1-9任一项所述的一种两端钙钛矿有机叠层太阳电池的制备方法制备的两端钙钛矿有机叠层太阳电池，其特征在于，所述两端钙钛矿有机叠层太阳电池的开路电压大于或等于2 V。
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