一種以濺射ZnO為電子傳輸層的鈣鈦礦型太陽能電池的製作方法

2023-07-05 10:57:56

一種以濺射ZnO為電子傳輸層的鈣鈦礦型太陽能電池的製作方法
【專利摘要】一種以濺射ZnO為電子傳輸層的鈣鈦礦型太陽能電池，涉及太陽能電池。從下至上依次設有銦錫氧化物玻璃襯底、ZnO電子傳輸層、CH3NH3PbI3層、2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴空穴傳輸層和金屬背電極層；金屬背電極層為Au背電極層或Ag背電極層。銦錫氧化物玻璃襯底的厚度可為100～150nm。所述ZnO電子傳輸層的厚度可為20～120nm。CH3NH3PbI3層的厚度可為20～120nm。2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴空穴傳輸層的厚度可為40～60nm。金屬背電極層的厚度可為60～150nm。
【專利說明】-種以濺射ZnO為電子傳輸層的鈣鈦礦型太陽能電池

【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及太陽能電池，特別是涉及一種以濺射ZnO為電子傳輸層的鈣鈦礦 型太陽能電池。

【背景技術】
[0002] 隨著全球經濟的發展，能源消耗越來越多，其中像石油資源越來越少，能源問題必 將會成為今後的一個重大問題。太陽能為可再生資源，且具有取之不盡用之不竭的特點，因 此太陽能電池的發展具有重要的意義。但是現今的太陽能電池要不光電轉換效率低，要不 成本太高。目前，矽太陽能電池具有較高的效率，但是在製備過程中需高溫、高真空，成本非 常高。有機聚合物太陽能電池具有成本較低、無毒、製備容易、可大面積柔性製造等特點，但 其光電轉換效率還較低。
[0003] 鈣鈦礦型太陽能電池，為光伏領域的一個新成員，其吸光材料是基於有機-無機 雜化的鈣鈦礦結構（最常見的為CH 3NH3PbI3)的半導體材料，吸光範圍寬，且自身具有高的 載流子遷移率及較長的載流子壽命，光生電子和空穴能夠遷移較長的距離，有利於其被外 電路收集形成電流，因而電池能夠獲得高的光電轉換效率。
[0004] 目前，基於CH3NH3PbI3的鈣鈦礦型電池通常採用TiO 2作為電子傳輸層，並且能夠獲 得比較高的效率。但是此TiO2電子傳輸層結構需要兩層結構，一層為緻密的TiO 2層，一層 為介孔結構的TiO2層，而且都需要高達500°C溫度燒結製備，兩層厚度300nm以上，工藝較 為複雜。
[0005] 而採用濺射ZnO薄膜作為電子傳輸層，僅需要20nm以上，同時僅需一層，製備工藝 較為簡單，且具有較高的效率。
[0006] 中國專利CN104091888A公開一種鈣鈦礦型太陽能電池及其製備方法。所述鈣鈦 礦型太陽能電池由FTO玻璃基底、三明治結構Ti0 2/Zn0/Ti02緻密層、TiO2介孔/鈣鈦礦結 構材料活性吸光層、spiro-OMeTAD空穴傳輸層與金電極組成。
[0007] 中國專利CN104051629A公開一種基於噴塗工藝製備鈣鈦礦型太陽能電池的方 法，具體為通過在透明導電基底上依次噴塗空穴傳輸層、鈣鈦礦活性層、電子傳輸層以及頂 電極而製備得到。通過改變噴塗工藝的不同參數，可以實現對器件質量及性能的調控。


【發明內容】

[0008] 本實用新型的目的在於提供一種以濺射ZnO為電子傳輸層的鈣鈦礦型太陽能電 池。
[0009] 本實用新型從下至上依次設有銦錫氧化物（ITO)玻璃襯底、ZnO電子傳輸層、 CH3NH3PbI3層、2, 2'，7, 7' -四[N，N-二（4-甲氧基苯基）氨基]-9, 9' -螺二芴空穴傳輸層 和金屬背電極層；所述金屬背電極層為Au背電極層或Ag背電極層。
[0010] 所述銦錫氧化物（ITO)玻璃襯底的厚度可為100?150nm。
[0011] 所述ZnO電子傳輸層的厚度可為20?120nm。
[0012] 所述CH3NH3PbI3層的厚度可為20?120nm。
[0013] 所述2, 2'，7, 7' -四[N，N-二（4-甲氧基苯基）氨基]-9, 9' -螺二芴空穴傳輸層 的厚度可為40?60nm。
[0014] 所述金屬背電極層的厚度可為60?150nm。
[0015] 本實用新型可採用以下方法製備：
[0016] 步驟一：將ITO玻璃襯底切割成所需的25mmX25mm，用洗潔精和去離子水洗滌 15min，以便去除油脂和有機物，然後依次用丙酮、乙醇、去離子水超聲洗滌lOmin，氮氣吹乾 待用，即製得導電玻璃襯底，厚度為100?150nm。
[0017] 步驟二：在步驟一所得的ITO玻璃襯底上，通過磁控濺射製得所需厚度的ZnO薄 膜，然後在150°C下加熱IOmin退火，製得所需的濺射ZnO電子傳輸層。
[0018] 步驟三：在70°C下，配製lmol/L PbI2的01^溶液，然後利用勻膠機將PbI2溶液旋 塗在電子傳輸層上，製得黃色的PbI 2薄膜，在空氣中乾燥5min ;然後將PbI2薄膜浸入IOmg/ mL CH3NH3I的異丙醇溶液，保持2min，然後用乾淨的異丙醇進行漂洗，氮氣吹乾，即製得棕色 鈣鈦礦型材料CH 3NH3PbI315
[0019] 步驟四：將濃度為80mg的2, 2'，7, 7' -四[N，N-二（4-甲氧基苯基）氨 基]-9, 9' -螺二芴（spiro-MeOTAD)、17. 5uL 520mg/ml 二（三氟甲基磺酸醯）亞胺鋰 (Li-TFSI)的乙腈溶液、28. 5uL的4-叔丁基吡啶（TBP)溶解在氯苯溶液中，通過溶液旋塗 的方法旋塗在鈣鈦礦型材料CH3NH 3PbI3上，製得空穴傳輸層；
[0020] 步驟五：在4 X KT4真空條件下採用熱蒸鍍法60?150nm Au (Ag)作為背電極，即 製得鈣鈦礦型太陽能電池。
[0021] 本實用新型的優點和積極效果是：
[0022] 1、在鈣鈦礦型太陽能電池中採用濺射ZnO為電子傳輸層，此濺射ZnO薄膜具有優 選c軸取向和低缺陷濃度，具有較高的電子傳輸能力，電荷分離出的電子能夠較為有效地 被外電路收集形成電流，光電轉換效率較高。
[0023] 2、本實用新型以濺射ZnO為電子傳輸層的鈣鈦礦型太陽能電池，製作簡便，僅需 一層，且厚度較低（120nm以下），不需要兩層。
[0024] 3、本實用新型以濺射ZnO為電子傳輸層的鈣鈦礦型太陽能電池的光電轉換效率 商。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025] 圖1為本實用新型實施例的結構示意圖。

【具體實施方式】
[0026] 實施例1 :
[0027] -種以濺射ZnO為電子傳輸層的鈣鈦礦型太陽能電池，如圖1所示，由透明導電 玻璃襯底1、電子傳輸層2、|丐鈦礦型材料層3、空穴傳輸層4和Au/Ag金屬背電極層5組 成並依次構成疊層結構，所述透明導電玻璃襯底1為ITO導電玻璃；電子傳輸層2為濺射 ZnO薄膜，厚度為40nm ;鈣鈦礦型材料層3為CH3NH3PbI3層，厚度為300nm ;空穴傳輸層4為 2, 2'，7, 7'-四[N，N-二（4-甲氧基苯基）氨基]-9, 9'-螺二芴（spiro-MeOTAD)層，厚度為 40nm ;金屬背電極層5為Ag,厚度為lOOnm。
[0028] 實施例2 :
[0029] -種以濺射ZnO為電子傳輸層的鈣鈦礦型太陽能電池，由透明導電玻璃襯底、電 子傳輸層、鈣鈦礦型材料層、空穴傳輸層和Au/Ag金屬背電極層組成並依次構成疊層結構， 所述透明導電玻璃襯底為ITO導電玻璃；電子傳輸層為濺射ZnO薄膜，厚度為20nm ;鈣鈦礦 型材料層為CH3NH3PbI3層，厚度為300nm ;空穴傳輸層為2, 2'，7, 7' -四[N，N-二（4-甲氧基 苯基）氨基]-9, 9' -螺二莉（spiro-MeOTAD)層，厚度為40nm ;金屬背電極層為Ag,厚度為 60nm〇
[0030] 實施例3 :
[0031] 一種以濺射ZnO為電子傳輸層的鈣鈦礦型太陽能電池，由透明導電玻璃襯底、電 子傳輸層、鈣鈦礦型材料層、空穴傳輸層和Au/Ag金屬背電極層組成並依次構成疊層結構， 所述透明導電玻璃襯底為ITO導電玻璃；電子傳輸層為濺射ZnO薄膜，厚度為120nm ;鈣鈦 礦型材料層為CH3NH3PbI3層，厚度為300nm ;空穴傳輸層為2, 2'，7, 7' -四[N，N-二（4-甲氧 基苯基）氨基]-9, 9' -螺二芴（spiro-MeOTAD)層，厚度為40nm ;金屬背電極層為Au,厚度 為 60nm。
[0032] 實施例4 :
[0033] -種以濺射ZnO為電子傳輸層的鈣鈦礦型太陽能電池，如圖1所示，由透明導電 玻璃襯底、電子傳輸層、I丐鈦礦型材料層、空穴傳輸層和Au/Ag金屬背電極層組成並依次 構成疊層結構，所述透明導電玻璃襯底為ITO導電玻璃；電子傳輸層為濺射ZnO薄膜，厚 度為40nm ;鈣鈦礦型材料層為CH3NH3PbI3層，厚度為300nm ;空穴傳輸層為2, 2'，7, 7' -四 [N，N-二（4-甲氧基苯基）氨基]-9, 9' -螺二芴（spiro-MeOTAD)層，厚度為40nm ;金屬背 電極層為Au,厚度為150nm。
[0034] 以下給出測試結果：鈣鈦礦型太陽能電池製備完成後，將Au(Ag)陰極一端接電流 表正極，ITO陽極一端接電流表負極。測試數據見表1。
[0035] 表 1
[0036]

【權利要求】
1. 一種以濺射ZnO為電子傳輸層的鈣鈦礦型太陽能電池，其特徵在於從下至上依次設 有銦錫氧化物玻璃襯底、ZnO電子傳輸層、CH3NH3PbI3層、2, 2'，7, 7' -四[N，N-二（4-甲氧 基苯基）氨基]-9, 9'-螺二芴空穴傳輸層和金屬背電極層；所述金屬背電極層為Au背電極 層或Ag背電極層。
2. 如權利要求1所述一種以濺射ZnO為電子傳輸層的鈣鈦礦型太陽能電池，其特徵在 於所述銦錫氧化物玻璃襯底的厚度為100?150nm。
3. 如權利要求1所述一種以濺射ZnO為電子傳輸層的鈣鈦礦型太陽能電池，其特徵在 於所述ZnO電子傳輸層的厚度為20?120nm。
4. 如權利要求1所述一種以濺射ZnO為電子傳輸層的鈣鈦礦型太陽能電池，其特徵在 於所述CH3NH3PbI3層的厚度為20?120nm。
5. 如權利要求1所述一種以濺射ZnO為電子傳輸層的鈣鈦礦型太陽能電池，其特徵在 於所述2, 2'，7, 7' -四[N，N-二（4-甲氧基苯基）氨基]-9, 9' -螺二芴空穴傳輸層的厚度 為 40 ?60nm。
6. 如權利要求1所述一種以濺射ZnO為電子傳輸層的鈣鈦礦型太陽能電池，其特徵在 於所述金屬背電極層的厚度為60?150nm。
【文檔編號】H01L51/44GK204167368SQ201420631749
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年10月28日 優先權日:2014年10月28日
【發明者】梁祿生, 陳偉中, 王保增, 蔡龍華, 陳凱武, 蔡耀斌, 白華, 田清勇, 範斌 申請人:廈門惟華光能有限公司