一种基于自组装单分子层的钙钛矿平面异质结太阳电池的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于自组装单分子层的钙钛矿平面异质结太阳电池。包括自下而上的基底、透明金属电极层、无机电子传输层、光敏层、空穴传输层和金属电极层；所述无机电子传输层和光敏层之间设有自组装单分子层，自组装单分子层为两端分别是碱性端基和酸性端基的直碳链有机分子。本发明选择同时含有碱性端基和酸性端基的有机小分子作为自组装单分子层材料，能够以异相诱导成核的方式取代钙钛矿化合物中的相似基团，使钙钛矿晶体规整地生长，减少缺陷的产生，并能够显著提高钙钛矿化合物的稳定性。提高了太阳电池的性能。
【专利说明】-种基于自组装单分子层的巧铁矿平面异质结太阳电池
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种太阳电池，具体是涉及一种基于自组装单分子层的巧铁矿平面异 质结太阳电池。 技术背景
[0002] 在诸多逐渐进入实用化阶段的下一代新能源中，太阳能W其安全、易取等优良特 性为研究者所瞩目。无机太阳电池是目前所有太阳电池中发展最为成熟的品种，但其高昂 的单价、复杂的工艺和巨大的制备能耗严重制约了光伏能源的普及和进一步发展。
[0003] 可溶液加工的太阳电池，能够实现清洁、高效、大规模批量生产，成为太阳电池未 来发展的方向之一。在全世界科学家的努力下，染料敏化电池、有机（聚合物）电池、有 机-无机杂化电池、量子点敏化电池等可溶液加工的太阳电池的光电转换效率都获得了显 著进展。2012年底，随着第一个光电转换效率超过10%的巧铁矿太阳电池的公开报道，巧 铁矿太阳电池作为一种新型有机-无机杂化电池，受到全世界光伏领域的重点关注。
[0004] 平面异质结巧铁矿太阳电池的基本结构为透明导电玻璃aTO/FTO)/半导体金属 氧化物层（Ti化、化0、Zr〇2)/巧铁矿层/空穴传输层/金属电极层。其中巧铁矿层（光敏 层）的形貌对光生载流子的产生和转移起着决定性作用。具体而言，高效率的平面异质结 巧铁矿电池，必须有厚度均匀、界面无针孔的巧铁矿光吸收层。然而巧铁矿化合物结晶速度 极快，在普通的溶液处理条件下很难得到平整致密、取向度高的光吸收层，该一点限制了平 面异质结巧铁矿电池效率的进一步提高。
【发明内容】
[0005] 为了解决【背景技术】中存在的问题，本发明的目的是提供一种基于自组装单分子层 的巧铁矿平面异质结太阳电池。
[0006] 本发明采用的技术方案是：
[0007] 包括自下而上的基底、透明金属电极层、无机电子传输层、光敏层、空穴传输层和 金属电极层；所述无机电子传输层和光敏层之间设有自组装单分子层，自组装单分子层为 两端分别是碱性端基和酸性端基的直碳链有机分子。
[0008] 所述的自组装单分子层的化学组成为两端分别为胺基和駿基的有机分子，除端基 外的碳链含1?8个碳原子。
[0009] 所述的无机电子传输层的材料为氧化锋、氧化铁、硫化領或砸化領。
[0010] 所述的透明金属电极层的材料为氧化钢锡、氣惨氧化锡。
[00川所述的光敏层的化学结构通式为邸3畑3化13_耻，或邸3畑3?化_,化，其中 0《X《3。
[0012] 所述的空穴传输层为由2, 2'，7, 7' -四阳，N-二（4-甲氧基苯基）氨基]-9, 9' -螺 二巧、二（H氣甲基賴醜）裡和4-叔下基化巧组成的混合物，厚度为100-500皿。
[0013] 所述的金属电极层的材料为H氧化钢、银、铅、镇、铜、金、氧化钢锡或氣惨氧化锡， 厚度为l〇-3〇〇nm。
[0014] 本发明的有益效果是：
[0015] 本发明通过含有碱性端基和酸性端基的有机小分子层，通过两种官能团与电子传 输层和巧铁矿光吸收层紧密结合，提高了电子传输层和巧铁矿光吸收层电子相互作用和界 面相容性；并能够W异相诱导成核的方式取代巧铁矿化合物中的相似基团，使得巧铁矿晶 体规整地生长，减少缺陷的产生，能够显著提高巧铁矿化合物的稳定性，同时也能在一定程 度上控制需要的晶向，提高太阳电池的效率和性能，包括巧铁矿平面异质结太阳电池的短 路电流密度和能量转换效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0016] 图1是本发明的结构示意图。
[0017] 图2是本发明实施例太阳电池的电流密度-电压曲线。
【具体实施方式】
[0018] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
[001引如图1所示，本发明的太阳电池，包括自下而上的基底1、透明金属电极层2、无机 电子传输层3、自组装单分子层4、光敏层5、空穴传输层6和金属电极层7 ;无机电子传输层 3和光敏层5之间增加了一层自组装单分子层4,自组装单分子层4为两端分别是碱性端基 和酸性端基的直碳链有机分子。
[0020] 优选的自组装单分子层4的化学组成为两端分别为胺基和駿基的有机分子，除端 基外的碳链含1?9个碳原子。
[0021] 优选的基底1的材料为玻璃或石英。
[0022] 优选的无机电子传输层3的材料为氧化锋、氧化铁、硫化領或砸化領，W溶胶-凝 胶法在透明金属电极层2上制备氧化锋、氧化铁、硫化領、砸化領薄膜，膜厚为30?lOOnm。
[0023] 优选的透明金属电极层2的材料为氧化钢锡（IT0)、氣惨氧化锡（FT0)。
[0024] 优选的光敏层5的化学结构通式为邸3饥巧化_耻，或邸3畑3?化_，化，其中 0《x《3，X为整数。
[002引优选的空穴传输层6为由2, 2'，7, 7' -四的N-二（4-甲氧基苯基）氨 基]-9, 9'-螺二巧、二（H氣甲基賴醜）裡和4-叔下基化巧组成的混合物，厚度为 30-500nm。
[002引优选的2, 2'，7, 7' -四的N-二（4-甲氧基苯基）氨基]-9, 9' -螺二巧 (spiro-MeOTAD)、二（H氣甲基賴醜）裡（Li-TFSI)和4-叔下基化巧的配比为2. 5:1:3(摩 尔比）。
[0027] 优选的金属电极层7的材料为H氧化钢、银、铅、镇、铜、金、氧化钢锡或氣惨氧化 锡，厚度为10-300nm。
[002引优选的自组装单分子层（4)为同时含有碱性自组装基团（胺基-畑2,馈基畑4+及 其衍生基团）和酸性自组装基团（撰基-C00H，琉基-SH，磯酸基-P0/-及其衍生基团）的 有机小分子，除端基外，碳链含1?9个碳原子。
[0029] 本发明提供的太阳电池，利用駿基与电子传输层的表面息挂键反应，通过溶液法 在电子传输层表面接上一层自组装单分子电活性修饰层，该种同时含有碱性端基和酸性端 基的有机小分子层，通过两种官能团与电子传输层和巧铁矿光吸收层紧密结合，提高了二 者电子相互作用和界面相容性。并在制备巧铁矿活性层的过程中，自组装单分子层能够W 异相诱导成核的方式取代巧铁矿化合物中的相似基团，使巧铁矿晶体规整地生长，减少缺 陷的产生，同时也能在一定程度上控制需要的晶向，提高太阳电池的性能。
[0030] 本发明的实施例如下：
[00引]实施例1 ;
[0032] 将覆盖有氧化钢锡的玻璃基底依次用洗涂剂、异丙醇、己醇、丙丽超声洗涂5分钟 后，用去离子水漂洗并烘干。采用溶胶-凝胶法在基底上制备氧化锋薄膜，膜厚30nm。采用 溶液旋涂的方法制备2-氨基己酸单分子层，2-氨基己酸如下分子式：
[0033]
【权利要求】
1. 一种基于自组装单分子层的巧铁矿平面异质结太阳电池，包括自下而上的基底 (1)、透明金属电极层（2)、无机电子传输层（3)、光敏层（5)、空穴传输层（6)和金属电极层 (7);其特征在于：所述无机电子传输层（3)和光敏层（5)之间设有自组装单分子层（4)，自 组装单分子层（4)为两端分别是碱性端基和酸性端基的直碳链有机分子。
2. 根据权利要求1所述的一种基于自组装单分子层的巧铁矿平面异质结太阳电池，其 特征在于：所述的自组装单分子层（4)的化学组成为两端分别为胺基和駿基的有机分子， 除端基外的碳链含rs个碳原子。
3. 根据权利要求1所述的一种基于自组装单分子层的巧铁矿平面异质结太阳电池，其 特征在于：所述的无机电子传输层（3)的材料为氧化锋、氧化铁、硫化領或砸化領。
4. 根据权利要求1所述的一种基于自组装单分子层的巧铁矿平面异质结太阳电池，其 特征在于：所述的透明金属电极层（2)的材料为氧化钢锡、氣惨氧化锡。
5. 根据权利要求1所述的一种基于自组装单分子层的巧铁矿平面异质结太阳电池，其 特征在于；所述的光敏层（5)的化学结构通式为(：即畔化_耻,或(：即畔化_,化，其中 0《X《3。
6. 根据权利要求1所述的一种基于自组装单分子层的巧铁矿平面异质结太阳电 池，其特征在于：所述的空穴传输层（6)为由2, 2'，7, 7' -四的N-二（4-甲氧基苯基） 氨基]-9, 9'-螺二巧、二（H氣甲基賴醜）裡和4-叔下基化巧组成的混合物，厚度为 100-500nm。
7. 根据权利要求1所述的一种基于自组装单分子层的巧铁矿平面异质结太阳电池，其 特征在于；所述的金属电极层（7)的材料为H氧化钢、银、铅、镇、铜、金、氧化钢锡或氣惨氧 化锡，厚度为10-300皿。
【文档编号】H01L51/42GK104465992SQ201410711919
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月30日 优先权日:2014年11月30日
【发明者】陈红征, 左立见, 顾卓韦 申请人:浙江大学