一种半透明钙钛矿电池及其制备方法与流程

本发明属于太阳能电池，具体涉及一种半透明钙钛矿电池及其制备方法。

背景技术：

1、钙钛矿太阳电池由于其优异的光电转化效率和可溶液加工等优点得到了广泛的关注。目前，光伏市场上的晶硅太阳电池在技术和工艺方面已经趋于成熟稳定，随着提升单结电池的效率变得越来越困难，研究人员倾向于将窄带隙的晶硅电池与宽带隙的钙钛矿太阳电池结合，制备成为两端钙钛矿/晶硅叠层太阳电池或者四端叠层器件。太阳光从宽带隙钙钛矿器件端入射，达到硅电池器件，充分利用不同波段的太阳光实现更高效的光子利用率。这就需要我们制备出顶电极为透明电极的高效半透明钙钛矿太阳电池。除此之外，半透明钙钛矿电池自身可以作为光伏发电窗户在光伏建筑一体化等领域发挥出巨大优势。

2、制备半透明钙钛矿电池需要的透明顶部电极要求具有良好的光电性能和稳定性以及优异的光学透过率。透明导电氧化物ito即为符合要求的绝佳选项，但其往往是采用溅射的方式进行制备，溅射过程中的高能粒子撞击容易损伤其下层的阴极传输层甚至钙钛矿层，从而难以得到理想的器件效率。

3、因此，制备ito顶部电极时我们在优化电极溅射工艺的基础上还需要引入合适的保护层来降低溅射过程的损害。例如，有些研究使用到的一些溶液甩膜法制备保护层，但其抗冲击效果一般，同时可能存在能级不够匹配的问题，或者没有足够好的电子传输性能，增加电极和钙钛矿层之间能级势垒，从而制备出的器件效果不够理想；也有通过原子层沉积的方式先沉积一层具有良好电子传输能力的sno2来作为缓冲，制备出高效的半透明器件，然而这种方式所需的设备昂贵，增大成本。

技术实现思路

1、因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的保护层的保护效果并不理想，同时还可能会增加电极和钙钛矿层之间能级势垒，影响电池的电学性能或者设备昂贵、成本高等缺陷，从而提供一种半透明钙钛矿电池及其制备方法。

2、为此，本发明提供如下技术方案：

3、本发明提供一种半透明钙钛矿电池，由下至上依次包括，衬底，透明导电玻璃阳极、阳极传输层、钙钛矿层、阴极传输层、聚乙烯亚胺保护层和ito电极，

4、其中，所述聚乙烯亚胺的平均分子量为1200-20000，具有如下所示结构：

5、

6、可选地，所述透明导电玻璃阳极为fto、ito中的至少一种；

7、和/或，所述透明导电玻璃阳极的厚度为100-200nm。

8、可选地，所述阳极传输层为pedot:pss(聚3，4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐)、ptaa(聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺])、2pacz([2-(9h-咔唑-9-基)乙基]膦酸)中的至少一种；

9、和/或，所述阳极传输层的厚度为0.8-30nm。

10、可选地，所述钙钛矿层的组成为abx3；其中，a为ch3nh3+、hc(nh2)2+、cs+中的一种或多种，b为pb2+、sn2+、cu2+中的一种或多种，x为i-、br-、cl-中的一种或多种；

11、和/或，所述钙钛矿层的厚度为300-450nm。

12、可选地，所述阴极传输层为c60(碳60)、pc61bm([6,6]-苯基c61丁酸甲酯)、zno(氧化锌)、tipd(乙酰丙酮钛)中的至少一种；

13、和/或，所述阴极传输层的厚度为5-20nm。

14、可选地，所述聚乙烯亚胺保护层的厚度为1-5nm。

15、可选地，所述ito电极的厚度为100-300nm。

16、本发明还提供一种上述的半透明钙钛矿电池的制备方法，包括如下步骤：

17、s1，获取包含透明导电玻璃阳极的衬底，对其进行预处理，依次制备阳极传输层、钙钛矿层和阴极传输层；

18、s2，在阴极传输层上采用旋涂法制备聚乙烯亚胺保护层；

19、s3，采用真空溅射法沉积ito电极。

20、可选地，步骤s3中，真空溅射的条件为：溅射功率70-100w，溅射时间30-60min，氩气流量为40-70sccm，工作气压0.5-5pa。

21、可选地，步骤s2中，聚乙烯亚胺保护层的制备方法包括：

22、将聚乙烯亚胺溶解于有机溶剂中，旋涂，退火，得到所述聚乙烯亚胺保护层。

23、典型非限定性的，本发明提供的半透明钙钛矿电池中各功能层的制备方法均为领域内常规的。例如：

24、包含透明导电玻璃阳极的衬底可通过市售渠道获取，对其进行的预处理包括，将透明导电玻璃基片依次在洗涤剂、水、去离子水、丙酮和异丙醇等溶剂中的至少一种中通过超声波清洗15-30分钟。然后将清洗后的透明导电玻璃基片放于100-150℃烘箱中干燥3-5分钟烘干，之后将基片放在紫外线臭氧(uvo)机处理15-20分钟。

25、本发明技术方案，具有如下优点：

26、本发明提供的半透明钙钛矿电池，在ito电极和阴极传输层之间设置特定组成的聚乙烯亚胺保护层，此保护层具有良好的抗冲击能力，能有效缓冲溅射时的粒子冲击，同时不影响电子/空穴传输，不增加电极和钙钛矿层之间能级势垒等，这是因为，特定组成的聚乙烯亚胺保护层材料自身带有的丰富的胺基与电极可以形成界面偶极，极大地降低阴极的功函数，有利于器件开路电压的提升，填充因子也有很大程度的提升，使器件具有理想的光电转换效率，最终助力高性能半透明器件的成功制备。

27、本发明提供的半透明钙钛矿电池的制备方法，在溅射ito电极之前通过旋涂法制备聚乙烯亚胺保护层，能有效缓冲溅射时的粒子冲击，提升器件性能。

28、本发明提供的半透明钙钛矿电池的制备方法，通过对溅射条件的限定，能够进一步降低溅射时的粒子冲击。

技术特征：

1.一种半透明钙钛矿电池，其特征在于，由下至上依次包括，衬底，透明导电玻璃阳极、阳极传输层、钙钛矿层、阴极传输层、聚乙烯亚胺保护层和ito电极，

2.根据权利要求1所述的半透明钙钛矿电池，其特征在于，所述透明导电玻璃阳极为fto、ito中的至少一种；

3.根据权利要求1所述的半透明钙钛矿电池，其特征在于，所述阳极传输层为pedot:pss(聚3，4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐)、ptaa(聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺])、2pacz([2-(9h-咔唑-9-基)乙基]膦酸)中的至少一种；

4.根据权利要求1所述的半透明钙钛矿电池，其特征在于，所述钙钛矿层的组成为abx3；其中，a为ch3nh3+、hc(nh2)2+、cs+中的一种或多种，b为pb2+、sn2+、cu2+中的一种或多种，x为i-、br-、cl-中的一种或多种；

5.根据权利要求1所述的半透明钙钛矿电池，其特征在于，所述阴极传输层为c60(碳60)、pc61bm([6,6]-苯基c61丁酸甲酯)、zno(氧化锌)、tipd(乙酰丙酮钛)中的至少一种；

6.根据权利要求1-5任一项所述的半透明钙钛矿电池，其特征在于，所述聚乙烯亚胺保护层的厚度为1-5nm。

7.根据权利要求1所述的半透明钙钛矿电池，其特征在于，所述ito电极的厚度为100-300nm。

8.一种权利要求1-7任一项所述的半透明钙钛矿电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

9.根据权利要求8所述的半透明钙钛矿电池的制备方法，其特征在于，步骤s3中，真空溅射的条件为：溅射功率70-100w，溅射时间30-60min，氩气流量为40-70sccm，工作气压0.5-5pa。

10.根据权利要求8或9所述的半透明钙钛矿电池的制备方法，其特征在于，步骤s2中，聚乙烯亚胺保护层的制备方法包括：

技术总结
本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种半透明钙钛矿电池及其制备方法。本发明提供的半透明钙钛矿电池，在ITO电极和阴极传输层之间设置特定组成的聚乙烯亚胺保护层，此保护层具有良好的抗冲击能力，能有效缓冲溅射时的粒子冲击，同时不影响电子/空穴传输，不增加电极和钙钛矿层之间能级势垒等，这是因为，特定组成的聚乙烯亚胺保护层材料自身带有的丰富的胺基与电极可以形成界面偶极，极大地降低阴极的功函数，有利于器件开路电压的提升，填充因子也有很大程度的提升，使器件具有理想的光电转换效率，最终助力高性能半透明器件的成功制备。

技术研发人员：杨静,刘冬雪,董怡曼,谭占鳌,孙天歌,董一昕,贡永帅
受保护的技术使用者：中国长江三峡集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12