[发明专利]一种新型杂化太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型杂化太阳能电池及其制备方法，属于光电子器件技术领域。

背景技术

近年来，为了解决日益严峻的能源和环境问题，人们把目光投向了新能源的开发和利用上。在各种新能源技术中，太阳能发电无疑是最具有前景的方向之一。传统的硅基太阳能电池虽然实现了产业化，有着较为成熟的市场，但其性价比还无法与传统能源相竞争，并且制造过程中的污染和能耗问题影响了其广泛应用。因此，研究和发展高效率、低成本的新型太阳能电池十分必要。在众多的新型太阳能电池里，钙钛矿太阳能电池近两年脱颖而出，自从2012年PARK课题组首次报道寿命500小时以上、效率达到9.7%的全固态钙钛矿太阳能电池以来，钙钛矿太阳能电池受到了学界和产业界的极大关注，发展迅速，还被《Science》评选为2013年十大科学突破之一。

钙钛矿太阳能电池具有光吸收系数大、激子扩散长度长、载流子迁移率高等优点。典型的钙钛矿太阳能电池的结构有两种：一种为介孔结构，另一种为平面结构。与介孔结构相比，平面结构钙钛矿电池结构简单，可在低温条件下制备。平面钙钛矿太阳能电池就是在钙钛矿光敏层的前后分别加上电子传输层和空穴传输层形成三明治结构。。在平面钙钛矿太阳能电池中，使用最多的底电极是锡掺杂氧化铟(ITO)和空穴传输材料是Poly(3,4-ethylene dioxythiophene): poly(styrene sulfonate) (PEDOT:PSS) 。随着移动智能设备的快速发展,透明电极的市场迅猛增长。锡掺杂氧化铟(ITO)透明电极占据透明电极绝大部分的市场份额。但是铟是一种稀缺资源，价格昂贵，另一方面ITO存在脆性、耐热性差、和大面积下导电性差的问题，人们迫切的希望可以开发新的可以取代ITO 的透明电极。同时，虽然使用PEDOT:PSS作为空穴传输层的钙钛矿电池可以达到较高的效率，但是由于PEDOT:PSS具有较强的酸性，其对ITO电极会产生较强的腐蚀作用，造成器件寿命的下降。因此在钙钛矿杂化太阳能中开发新的透明电极对于提高器件寿命，降低器件成本具有重要的意义。。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种新型杂化太阳能电池及其制备方法。为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种新型杂化太阳能电池，其特征在于，器件由下到上依次包括透明衬底、复合底电极、空穴传输层、有机无机杂化钙钛矿光敏层、电子传输层、电极修饰层和反射电极层。

进一步的，所述的透明衬底为玻璃衬底或者柔性透明衬底。

进一步的，所述的复合底电极为MoO₃/Ag/MoO₃， MoO₃、Ag、MoO₃的厚度分别为20-50 nm、10-15 nm、20-50 nm。

进一步的，所述的空穴传输层为PEDOT:PSS，空穴传输层厚度20-50 nm。

进一步的，所述的有机无机杂化钙钛矿光敏层CH₃NH₃PbCl_XI_3-X，CH₃NH₃PbCl_XI_3-X光敏层厚度为100-1000 nm。

进一步的，所述的电子传输层为C₆₀、C₇₀或者PCBM中的一种，电子传输层厚度为30-50 nm；所述的电极修饰层为Bphen、BCP或者AlQ₃中的一种，电极修饰层厚度5-10 nm。

进一步的，所述的反射电极为Al电极、Ag电极、Au电极中的一种，所述反射电极的厚度为100-200 nm。

进一步的，器件的制备包括以下步骤：

(1) 透明衬底预处理：透明衬底采用丙酮、玻璃清洗剂依次清洗，然后在丙酮、去离子水、异丙醇中各超声处理10分钟，用氮气吹干后紫外灯照射处理10分钟待用；

(2) 复合底电极层制备：真空镀膜机中，真空度小于5×10^-4的真空条件下，在透明衬底上通过热蒸发的方法依次沉积一层20-50 nm的MoO₃、10-20 nm的Ag、20-50 nm的MoO₃，形成MoO₃/Ag/MoO₃底电极；各层的沉积厚度通过石英晶振片监控，沉积速率控制在0.05 nm/s；