本技术涉及太阳能电池领域,具体是一种柔性钙钛矿太阳能电池结构。
背景技术:
1、柔性太阳能电池采用轻质、可弯曲的材料为衬底,与roll-to-roll技术和丝网印刷技术有机结合可以进一步降低生产成本,具有广泛的应用前景。钙钛矿有机金属卤化物是一种有机—无机杂化薄膜材料,具有较高的载流子迁移率、较好的光吸收和光扩散性能等优点,以钙钛矿材料为光吸收层的钙钛矿太阳能电池因其较高的光电转换效率和简单的制备工艺,有望推动高效、低成本太阳能电池大规模产业化生产。因此,柔性太阳能电池制备技术和钙钛矿太阳能电池结构的结合,必将成为未来光伏领域科学研究和产业化应用的热点。
2、目前,柔性钙钛矿太阳能电池规模化应用和产业化发展面临的主要难点包括:(1)可在低温条件下获得的高性能电子传输层。传统钙钛矿太阳能电池广泛采用的电子传输层是利用高温烧结(~500℃)方法制备的二氧化钛(tio2)薄膜,太阳能电池主要采用玻璃或不锈钢作为衬底,而柔性钙钛矿太阳能电池主要采用聚酰亚胺(pi)、聚萘二甲酸乙二醇酯(pen)等热敏、轻质和可弯曲的聚合物材料为衬底,采用低温(<250℃)制备工艺。(2)电子传输层与光吸收层的界面结构。需要解决相邻功能层界面处的能带失配问题,电子快速注入电子传输层的同时阻挡空穴进入,减小界面复合。(3)采用无毒(低毒)材料制备得到各功能层。光吸收层、空穴传输层等功能层的传统制备技术需要用到n,n-二甲基甲酰胺(dmf)、氯苯(phcl)、甲苯(tol)等毒性溶剂,不利于环境保护和人身健康,需要开发无毒(低毒)材料替代常规毒性材料。
技术实现思路
1、本实用新型的目的在于提供一种柔性钙钛矿太阳能电池结构,解决电子传输层低温制备问题、电子传输层与光吸收层界面能带失配问题、传统钙钛矿太阳能电池结构中毒性材料使用问题,实现绿色条件下高效柔性钙钛矿太阳能电池的制备。
2、上述的一种柔性钙钛矿太阳能电池结构,按照制备顺序依次包括衬底、背电极、电子传输层、缓冲层、光吸收层、空穴传输层和面电极。
3、进一步地,所述衬底为柔性薄膜。优选地,所述柔性薄膜可选择不锈钢、pi等材料,优选pi。
4、进一步地,所述背电极采用金属薄膜。优选地,所述金属薄膜可选择铝(al)薄膜、银(ag)薄膜、铜(cu)薄膜,优选al薄膜。
5、进一步地,所述电子传输层采用n型氢化微晶硅(n-nc-si:h)薄膜。优选地,所述n-nc-si:h薄膜厚度为10~100nm,优选40nm。
6、进一步地,所述缓冲层采用富勒烯衍生物(pcbm)薄膜。优选地,所述pcbm薄膜厚度为90~230nm,优选150nm。
7、进一步地,所述光吸收层采用甲脒碘基钙钛矿(fapbi3)薄膜。优选地,所述fapbi3薄膜厚度为300~800nm,优选520nm。
8、进一步地,所述空穴传输层采用spiro-ometad薄膜。优选地,所述spiro-ometad薄膜厚度为120~220nm,优选180nm。
9、进一步地,所述面电极采用铝掺杂氧化锌(zao)薄膜。优选地,所述zao薄膜厚度为600~1500nm,优选900nm。
10、上述一种柔性钙钛矿太阳能电池结构的制备流程包括以下步骤。
11、(1)将合适尺寸的柔性透明衬底安装在模具上,模具放入清洗容器中并加入去离子水,容器放入超声清洗机中清洗两遍,各15min,取出后用氮气枪将衬底和模具吹干并放入烘箱内烘干。
12、(2)将模具装入金属热蒸发系统,完成背电极金属薄膜的制备。
13、(3)将模具由金属热蒸发系统取出,装入等离子体化学气相沉积系统,真空度达标后通入反应气体—硅烷(sih4)、氢气(h2)、磷烷(ph3),尾气经燃烧、集尘、喷淋等处理,完成电子传输层的制备。
14、(4)将模具由等离子体化学气相沉积系统取出,装入旋涂制备系统,在电子传输层上滴加溶质为pcbm、溶剂为乙醇(etoh)的溶液,旋涂后进行低温退火并冷却,完成缓冲层的制备。
15、(5)在缓冲层上滴加溶质为碘化铅(pbi2)、溶剂为二甲基砜(msm)的前驱体溶液,旋涂后进行低温退火,继续滴加溶质为甲脒氢碘酸盐(fai)、溶剂为异丙醇(ipa)的溶液,旋涂后进行快速退火并冷却,完成光吸收层的制备。
16、(6)在光吸收层上滴加溶质为spiro-ometad、溶剂为乙酸乙酯(ea)的溶液,旋涂后进行低温退火并冷却,完成空穴传输层的制备。
17、(7)将模具由旋涂制备系统取出,装入直流对靶磁控溅射系统,完成面电极的制备。
18、本实用新型的有益效果如下。
19、1.采用n-nc-si:h薄膜作为电子传输层,可在低温(<230℃)条件下制备完成,有利于pi等柔性衬底在太阳能电池中的应用。
20、2.采用pcbm薄膜作为电子传输层与光吸收层的缓冲层,pcbm薄膜的能带结构与n-nc-si:h薄膜和fapbi3薄膜相匹配,有利于电子快速注入电子传输层,同时阻挡空穴进入,减小界面复合。
21、3.电子传输层的制备采用等离子体化学气相沉积技术,使用sih4、h2和ph3作为反应气体,尾气经燃烧、集尘、喷淋等处理后排放,制备流程符合环保标准,对环境和人体影响较小。
22、4.缓冲层、光吸收层、空穴传输层的制备采用旋涂技术,使用pcbm、pbi2、fai为溶质,etoh、msm、ipa为溶剂,所用溶剂为无毒(低毒)材料,解决了传统钙钛矿太阳能电池结构中毒性材料的问题。
1.一种柔性钙钛矿太阳能电池结构,其特征在于:按照制备顺序依次包括衬底(1)、背电极(2)、电子传输层(3)、缓冲层(4)、光吸收层(5)、空穴传输层(6)和面电极(7)。
2.根据权利要求1所述的一种柔性钙钛矿太阳能电池结构,其特征在于:所述衬底(1)采用柔性薄膜,材料为不锈钢薄膜、聚酰亚胺薄膜中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种柔性钙钛矿太阳能电池结构,其特征在于:所述背电极(2)采用金属薄膜,材质为铝、银、铜中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种柔性钙钛矿太阳能电池结构,其特征在于:所述电子传输层(3)采用n型氢化微晶硅薄膜,厚度为10~100nm。
5.根据权利要求1所述的一种柔性钙钛矿太阳能电池结构,其特征在于:所述缓冲层(4)采用富勒烯衍生物薄膜,厚度为90~230nm。
6.根据权利要求1所述的一种柔性钙钛矿太阳能电池结构,其特征在于:所述光吸收层(5)采用甲脒碘基钙钛矿薄膜,厚度为300~800nm。
7.根据权利要求1所述的一种柔性钙钛矿太阳能电池结构,其特征在于:所述空穴传输层(6)采用spiro-ometad薄膜,厚度为120~220nm。
8.根据权利要求1所述的一种柔性钙钛矿太阳能电池结构,其特征在于:所述面电极(7)采用铝掺杂氧化锌薄膜,厚度为600~1500nm。