本發(fā)明涉及一種新型雜化太陽能電池及其制備方法，屬于光電子器件技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

近年來，為了解決日益嚴(yán)峻的能源和環(huán)境問題，人們把目光投向了新能源的開發(fā)和利用上。在各種新能源技術(shù)中，太陽能發(fā)電無疑是最具有前景的方向之一。傳統(tǒng)的硅基太陽能電池雖然實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，有著較為成熟的市場，但其性價比還無法與傳統(tǒng)能源相競爭，并且制造過程中的污染和能耗問題影響了其廣泛應(yīng)用。因此，研究和發(fā)展高效率、低成本的新型太陽能電池十分必要。在眾多的新型太陽能電池里，鈣鈦礦太陽能電池近兩年脫穎而出，自從2012年P(guān)ARK課題組首次報道壽命500小時以上、效率達(dá)到9.7%的全固態(tài)鈣鈦礦太陽能電池以來，鈣鈦礦太陽能電池受到了學(xué)界和產(chǎn)業(yè)界的極大關(guān)注，發(fā)展迅速，還被《Science》評選為2013年十大科學(xué)突破之一。

鈣鈦礦太陽能電池具有光吸收系數(shù)大、激子擴(kuò)散長度長、載流子遷移率高等優(yōu)點。典型的鈣鈦礦太陽能電池的結(jié)構(gòu)有兩種：一種為介孔結(jié)構(gòu)，另一種為平面結(jié)構(gòu)。與介孔結(jié)構(gòu)相比，平面結(jié)構(gòu)鈣鈦礦電池結(jié)構(gòu)簡單，可在低溫條件下制備。平面鈣鈦礦太陽能電池就是在鈣鈦礦光敏層的前后分別加上電子傳輸層和空穴傳輸層形成三明治結(jié)構(gòu)。。在平面鈣鈦礦太陽能電池中，使用最多的底電極是錫摻雜氧化銦(ITO)和空穴傳輸材料是Poly(3,4-ethylene dioxythiophene): poly(styrene sulfonate) (PEDOT:PSS) 。隨著移動智能設(shè)備的快速發(fā)展,透明電極的市場迅猛增長。錫摻雜氧化銦(ITO)透明電極占據(jù)透明電極絕大部分的市場份額。但是銦是一種稀缺資源，價格昂貴，另一方面ITO存在脆性、耐熱性差、和大面積下導(dǎo)電性差的問題，人們迫切的希望可以開發(fā)新的可以取代ITO 的透明電極。同時，雖然使用PEDOT:PSS作為空穴傳輸層的鈣鈦礦電池可以達(dá)到較高的效率，但是由于PEDOT:PSS具有較強(qiáng)的酸性，其對ITO電極會產(chǎn)生較強(qiáng)的腐蝕作用，造成器件壽命的下降。因此在鈣鈦礦雜化太陽能中開發(fā)新的透明電極對于提高器件壽命，降低器件成本具有重要的意義。。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種新型雜化太陽能電池及其制備方法。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：

一種新型雜化太陽能電池，其特征在于，器件由下到上依次包括透明襯底、復(fù)合底電極、空穴傳輸層、有機(jī)無機(jī)雜化鈣鈦礦光敏層、電子傳輸層、電極修飾層和反射電極層。

進(jìn)一步的，所述的透明襯底為玻璃襯底或者柔性透明襯底。

進(jìn)一步的，所述的復(fù)合底電極為MoO₃/Ag/MoO₃， MoO₃、Ag、MoO₃的厚度分別為20-50 nm、10-15 nm、20-50 nm。

進(jìn)一步的，所述的空穴傳輸層為PEDOT:PSS，空穴傳輸層厚度20-50 nm。

進(jìn)一步的，所述的有機(jī)無機(jī)雜化鈣鈦礦光敏層CH₃NH₃PbCl_XI_3-X，CH₃NH₃PbCl_XI_3-X光敏層厚度為100-1000 nm。

進(jìn)一步的，所述的電子傳輸層為C₆₀、C₇₀或者PCBM中的一種，電子傳輸層厚度為30-50 nm；所述的電極修飾層為Bphen、BCP或者AlQ₃中的一種，電極修飾層厚度5-10 nm。

進(jìn)一步的，所述的反射電極為Al電極、Ag電極、Au電極中的一種，所述反射電極的厚度為100-200 nm。

進(jìn)一步的，器件的制備包括以下步驟：

(1) 透明襯底預(yù)處理：透明襯底采用丙酮、玻璃清洗劑依次清洗，然后在丙酮、去離子水、異丙醇中各超聲處理10分鐘，用氮氣吹干后紫外燈照射處理10分鐘待用；

(2) 復(fù)合底電極層制備：真空鍍膜機(jī)中，真空度小于5×10^-4的真空條件下，在透明襯底上通過熱蒸發(fā)的方法依次沉積一層20-50 nm的MoO₃、10-20 nm的Ag、20-50 nm的MoO₃，形成MoO₃/Ag/MoO₃底電極；各層的沉積厚度通過石英晶振片監(jiān)控，沉積速率控制在0.05 nm/s；

(3) 空穴傳輸層制備： 在MoO₃/Ag/MoO₃底電極上，采用旋轉(zhuǎn)涂覆的方法生長一層PEDOT:PSS空穴傳輸層，涂覆完畢后在120℃加熱板上退火20分鐘；

(4) 有機(jī)無機(jī)雜化鈣鈦礦光敏層制備：室溫下配置有機(jī)無機(jī)雜化鈣鈦礦前驅(qū)體溶液，將定量的CH₃NH₃I、PbX₂(式中X為Cl或I）)在N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中溶解，60℃條件下加熱12小時至溶解充分，得到有機(jī)無機(jī)雜化鈣鈦礦前驅(qū)體溶液；利用勻膠機(jī)將前驅(qū)體溶液旋轉(zhuǎn)涂覆在空穴傳輸層上；在100℃的加熱板上退火處理30-120分鐘，去除殘留溶劑并制得結(jié)晶性能良好的有機(jī)無機(jī)雜化鈣鈦礦光敏層；

(5)電子傳輸層制備：真空度小于5×10^-4的真空條件下，在有機(jī)無機(jī)雜化鈣鈦礦光敏層上通過熱蒸發(fā)的方法或者旋轉(zhuǎn)涂覆的方法生長一層30-50 nm的C₆₀、C₇₀或者 PCBM作為電子傳輸層；

(6)電極修飾層制備：在電子傳輸層上通過熱蒸發(fā)的方法或者旋轉(zhuǎn)涂覆的方法生長一層5-10 nm的Bphen、BCP或者AlQ₃作為電極修飾層；

(7)反射電極層制備：在電極修飾層上通過熱蒸發(fā)的方法沉積一層100-200 nm的Al、Ag或者Au作為反射電極層，獲得雜化太陽能電池。

本發(fā)明采用MoO₃/Ag/MoO₃透明電極作為雜化太陽能電池的底電極層，各層的作用如下：(1)Ag層負(fù)責(zé)電荷的收集，提高底電極的導(dǎo)電性；(2)前層MoO₃層可以增加底電極的透光性，提高器件的效率，提高沉積的Ag在基板上的附著性；(3)后層的MoO₃可以對薄的Ag起到有效的保護(hù)作用，同時提高底電極的功函數(shù)，促進(jìn)空穴的收集，提高器件的壽命和效率。本發(fā)明的有益效果如下：本發(fā)明的新型雜化太陽能電池結(jié)構(gòu)與制備方法至少具有以下作用:(1)避免了傳統(tǒng)ITO透明電極的使用，節(jié)約了銦資源，降低了器件成本；(2) MoO₃/Ag/MoO₃化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，避免了酸性的PEDOT:PSS空穴傳輸層對ITO底電極的腐蝕，提高了器件的壽命；(3)所述的MoO₃/Ag/MoO₃底電極可以采用現(xiàn)有的OLED蒸鍍設(shè)備一次成膜制備，操作簡單、成本低廉、與柔性基底兼容，易于實現(xiàn)大面積工業(yè)生產(chǎn)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的新型雜化太陽能電池結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明的復(fù)合底電極層結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

一種新型雜化太陽能電池，器件結(jié)構(gòu)示意如圖1所示，器件由下到上依次包括透明襯底、復(fù)合底電極層、空穴傳輸層、有機(jī)無機(jī)雜化鈣鈦礦光敏層、電子傳輸層、電極修飾層和反射電極層。其中復(fù)合底電極層如圖2所示，包括一次生長的一層MoO₃ 、一層Ag和另一層MoO₃。下面結(jié)構(gòu)具體實施例對本發(fā)明作更詳細(xì)的說明。

實施例一：一種新型雜化太陽能電池，器件結(jié)構(gòu)為Glass/ MoO₃(20 nm)/Ag (10 nm)/MoO₃ (20 nm)/PEDOT:PSS (40 nm)/CH₃NH₃PbI₃ (300 nm)/C₆₀ (30 nm)/BCP (5 nm)/Ag (100 nm)，其中Glass為透明襯底、MoO₃/Ag/MoO₃為復(fù)合底電極層、PEDOT:PSS為空穴傳輸層、CH₃NH₃PbI₃為有機(jī)無機(jī)雜化鈣鈦礦光敏層、C₆₀為電子傳輸層、BCP為電極修飾層和Ag為反射電極層。

器件的制備包括(1) 玻璃透明襯底預(yù)處理：玻璃透明襯底采用丙酮、玻璃清洗劑依次清洗，然后在丙酮、去離子水、異丙醇中各超聲處理10分鐘，用氮氣吹干后紫外燈照射處理10分鐘待用；

(2) 復(fù)合底電極層制備：真空鍍膜機(jī)中，真空度小于5×10^-4的真空條件下，在玻璃透明襯底上通過熱蒸發(fā)的方法依次沉積一層20 nm的MoO₃、10 nm的Ag、20 nm的MoO₃，形成MoO₃/Ag/MoO₃底電極層；各層的沉積厚度通過石英晶振片監(jiān)控，沉積速率控制在0.05 nm/s；

(3) 空穴傳輸層制備： 在MoO₃/Ag/MoO₃底電極上，采用旋轉(zhuǎn)涂覆的方法生長一層PEDOT:PSS空穴傳輸層，轉(zhuǎn)速3500rpm，旋轉(zhuǎn)50秒，涂覆完畢后在120℃加熱板上退火20分鐘；

(4) 有機(jī)無機(jī)雜化鈣鈦礦光敏層制備：室溫下配置有機(jī)無機(jī)雜化鈣鈦礦前驅(qū)體溶液，使用 N,N-二甲基甲酰胺(DMF)作為溶劑，配置濃度為1M, CH₃NH₃I與PbI₂摩爾比為1:1的有機(jī)無機(jī)雜化鈣鈦礦前驅(qū)體溶液，溶液在60℃條件下加熱12小時至溶解充分；利用勻膠機(jī)將前驅(qū)體溶液旋轉(zhuǎn)涂覆在空穴傳輸層上；轉(zhuǎn)速2000rpm，旋轉(zhuǎn)30秒，在100℃的加熱板上退火處理60分鐘，去除殘留溶劑并制得結(jié)晶性能良好的CH₃NH₃PbI₃有機(jī)無機(jī)雜化鈣鈦礦光敏層；

(5)電子傳輸層制備：真空鍍膜機(jī)中，真空度小于5×10^-4Pa條件下，在CH₃NH₃PbI₃有機(jī)無機(jī)雜化鈣鈦礦光敏層上通過熱蒸發(fā)的方法生長一層30 nm的C₆₀作為電子傳輸層；

(6)電極修飾層制備：在C₆₀電子傳輸層上通過熱蒸發(fā)的方法生長一層5 nm的BCP作為電極修飾層；

(7)反射電極層制備：在電極修飾層上通過熱蒸發(fā)的方法沉積一層100 nm的Ag作為反射電極層，獲得雜化太陽能電池。

實施例二：一種新型雜化太陽能電池，器件結(jié)構(gòu)為PET/ MoO₃(30 nm)/Ag (15 nm)/MoO₃ (40 nm)/PEDOT:PSS (50 nm)/CH₃NH₃PbI_3-XCl_X (200 nm)/PCBM(40 nm)/Bphen(10 nm)/Al (150 nm)，其中PET為柔性透明襯底、MoO₃/Ag/MoO₃為復(fù)合底電極層、PEDOT:PSS為空穴傳輸層、CH₃NH₃PbI_3-XCl_X為有機(jī)無機(jī)雜化鈣鈦礦光敏層、PCBM為電子傳輸層、Bphen為電極修飾層和Al為反射電極層。

器件的制備包括：

(1) PET透明襯底預(yù)處理：PET透明襯底采用丙酮、玻璃清洗劑依次清洗，然后在丙酮、去離子水、異丙醇中各超聲處理10分鐘，用氮氣吹干后紫外燈照射處理10分鐘待用；

(2) 復(fù)合底電極層制備：真空鍍膜機(jī)中，真空度小于5×10^-4的真空條件下，在PET透明襯底上通過熱蒸發(fā)的方法依次沉積一層30 nm的MoO₃、15 nm的Ag、40 nm的MoO₃，形成MoO₃/Ag/MoO₃底電極層；各層的沉積厚度通過石英晶振片監(jiān)控，沉積速率控制在0.05 nm/s；

(3) 空穴傳輸層制備： 在MoO₃/Ag/MoO₃底電極上，采用旋轉(zhuǎn)涂覆的方法生長一層PEDOT:PSS空穴傳輸層，轉(zhuǎn)速3000rpm，旋轉(zhuǎn)40秒，涂覆完畢后在120℃加熱板上退火20分鐘；

(4) 有機(jī)無機(jī)雜化鈣鈦礦光敏層制備：室溫下配置有機(jī)無機(jī)雜化鈣鈦礦前驅(qū)體溶液，使用 N,N-二甲基甲酰胺(DMF)作為溶劑，配置濃度為1M, CH₃NH₃I與PbCl₂摩爾比為3:1的有機(jī)無機(jī)雜化鈣鈦礦前驅(qū)體溶液，溶液在60℃條件下加熱12小時至溶解充分；利用勻膠機(jī)將前驅(qū)體溶液旋轉(zhuǎn)涂覆在空穴傳輸層上；轉(zhuǎn)速4000rpm，旋轉(zhuǎn)30秒，在100℃的加熱板上退火處理120分鐘，去除殘留溶劑并制得結(jié)晶性能良好的CH₃NH₃PbI_3-XCl_X有機(jī)無機(jī)雜化鈣鈦礦光敏層；

(5)電子傳輸層制備：使用勻膠機(jī)在CH₃NH₃PbI_3-XCl_X上旋轉(zhuǎn)涂覆質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%的PCBM甲苯溶液，轉(zhuǎn)速3000rpm，旋轉(zhuǎn)時間35秒；

(6)電極修飾層制備：在PCBM電子傳輸層上通過熱蒸發(fā)的方法生長一層10 nm的Bphen作為電極修飾層；

(7)反射電極層制備：在電極修飾層上通過熱蒸發(fā)的方法沉積一層150 nm的Al作為反射電極層，獲得雜化太陽能電池。