[发明专利]一种基于同步沉积量子点的全固态太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于同步沉积量子点的全固态太阳能电池及其制备方法，器件结构为导电衬底/电子传输致密层/电子传输介孔层/量子点/空穴传输层/金属电极。本方法在介孔薄膜上原位同步沉积窄带隙量子点(PbS、Ag₂S等)与宽带隙量子点(CdS、ZnS等)，既可以实现宽光谱吸收，增加光子捕获效率，又能够有效钝化窄带隙量子点表面缺陷态，提高电荷收集效率。通过窄带隙和宽带隙量子点的高效协同作用，最终提升器件光电转换效率。本发明所制备全固态器件对于提高量子点太阳能电池稳定性、推动量子点太阳能电池迈向实用化具有重要意义。

技术领域

本发明涉及一种基于同步沉积量子点的全固态太阳能电池及其制备方法，属于光伏技术领域。

背景技术

光伏发电作为当前新能源利用中的一种重要形式，越来越受到各国政府和科学家的关注。探索兼具高效率、低成本及良好稳定性的新型太阳能电池是学界研究人员的目标和追求。目前，市场占有率较高的光伏电池主要包括硅基太阳能电池(单晶硅、多晶硅、非晶硅)和半导体化合物薄膜太阳能电池(碲化镉、铜铟镓硒等)。然而，硅基电池生产过程中能耗较高；薄膜太阳能电池则涉及许多稀有元素的使用。近年来，钙钛矿太阳能电池获得特别关注，光电转换效率已经迅速飙升至25.2％，但十分不理想的器件稳定性成为其致命缺点，产业化进程仍有很长一段路要走。在下一代新型太阳能电池中，量子点太阳能电池凭借其理论转换效率高、光谱吸收范围可调、多激子产生效应、量子点种类繁多等优点而受到广泛关注。研究较多的液态量子点太阳能电池面临封装难、易泄露、稳定性差等难题，而开发全固态太阳能电池器件则能够克服上述问题。发展全固态器件对于提高量子点太阳能电池稳定性、推动量子点太阳能电池迈向实用化具有重要意义。

为了更加充分的利用太阳光能量，宽光谱量子点光敏剂的开发利用一直是该方向的研究重点。窄带隙量子点，如硫化铅(PbS)、硫化银(Ag₂S)等，能够借助量子尺寸效应轻易实现光谱吸收范围向近红外区域拓展，是一类极具潜力的宽光谱光吸收材料(Yan Dou etal.,Chem.Comm.2018,54,12598-12601；Jin Hyuck Heo et al.,RSC Adv.2017,7,3072-3077)。然而，研究也表明，此类窄带隙量子点表面缺陷很多，造成量子点太阳能电池器件中电荷复合十分严重，需要进一步提升器件光电转换效率。同时，常规使用的胶体量子点合成步骤繁琐、需要在高温条件下制备且需要使用大量有害有机溶剂。因此，亟需探索一种优良的器件制备工艺以构筑高效全固态量子点太阳能电池。

发明内容

本发明针对上述现有技术所存在的不足，提供了一种基于同步沉积量子点的全固态太阳能电池及其制备方法。本方法通过连续离子层吸附与反应法(SILAR)在介孔薄膜衬底上同步沉积窄带隙和宽带隙量子点，进而构筑高效全固态光伏器件。本发明具有器件稳定性良好、成本低、工艺简单易操作等优点。

本发明基于同步沉积量子点的全固态太阳能电池，其器件结构为导电衬底/电子传输致密层/电子传输介孔层/量子点/空穴传输层/金属电极。其中，电子传输致密层厚度为30-70nm；电子传输介孔层厚度为0.5-5μm。

本发明基于同步沉积量子点的全固态太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：导电衬底的清洗

将导电衬底按所需尺寸切割，并依次用洗洁精、去离子水、丙酮、乙醇、异丙醇超声10-30min，清洗完毕后用气枪将玻璃吹干，进一步用紫外臭氧清洗机处理10-30min，存放备用；

步骤2：致密层的制备

将步骤1清洗后的导电衬底置于匀胶机内，用移液枪吸取一定量的致密层前驱溶液滴在衬底上，依次以转速300-600rpm旋涂5-10s、转速1000-4000rpm旋涂10-50s，随后将衬底放在加热台上，100-150℃热处理5-10min，并进一步放进马弗炉中于450-550℃烧结15-60min；