CN108365106A - 一种无机柔性透明太阳能电池 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无机柔性透明太阳能电池，该电池结构包括基底、透明导电层、下载流子传输层、钙钛矿吸收层、上载流子传输层和导电电极，所述基底为无机透明柔性材料且耐高温，优选云母基底，云母基底钙钛矿太阳能电池具有耐高温、透明、良好的柔韧性、成本低廉、工艺简单等优点，相对于传统太阳能电池，扩展应用于曲面建筑、流线型车辆和曲面部件传感器等领域。
Description
技术领域
本发明专利涉及半导体光电子传感器件领域，特别涉及一种无机柔性透明太阳能电池。
背景技术
随着人类经济社会的发展，能源与环境问题日益突出，发展一种清洁、高效、低成本的可再生能源势在必行。太阳能对优化能源结构、减少环境污染、延缓全球变暖等具有重要意义。单晶硅太阳能电池成本高、能耗大。自2009年有机金属卤化物的钙钛矿太阳能电池出现以来，转换效率从3.8％提升至22.7％，增长速度远超过其他类型太阳能电池。钙钛矿材料具有高光吸收系数、长的载流子传输距离、和少的缺陷态密度等优点，这为钙钛矿太阳能电池的商业化应用奠定了坚实的基础，吸引了各国政府的大力投入和广大科研工作者的密切关注。
云母柔性太阳能电池具有柔性、透明、耐高温等优点，推动太阳能电池工业化应用。S.Ke等以云母为基底，TiO2为电子传输层，制备n-i-p型钙钛矿太阳能电池，其光电转换效率为9.67％(ACS Appl.Mater.Interfaces,2016,8,28406–28411.)。目前其他类型电子传输层的云母钙钛矿太阳能电池的研究匮乏，电池柔韧性和电池效率有待提升。
发明专利内容
本发明专利针对上述问题，目的是提供一种无机柔性透明太阳能电池，该种结构的太阳能电池具有工艺简单，成本低，耐高温的有点，透明且具有优异的弯曲性能，相对于传统太阳能电池具有更加广阔的应用前景。
为实现上述目的，本发明专利提供如下技术方案：一种无机柔性透明太阳能电池，包括自下而上顺序叠加的基底、透明导电层、下载流子传输层、钙钛矿吸收层、上载流子传输层和导电电极。
优选的是，所述基底为云母，所述基底厚度为0.001mm-100mm。
优选的是，所述透明导电层为掺杂氟的氧化锡薄膜(FTO)、铟锡氧化物薄膜(ITO)或铝掺杂的氧化锌薄膜(AZO)中一种。
优选的是，所述透明导电层的厚度5nm-500μm。
优选的是，所述有机金属卤化物ABX3钙钛矿中A为CH3NH3 +,、CH(NH2)2 +、Cs+、Rb+中一种或多种，B为Pb2+、Sn2+和Bi3+中一种或多种，X为Cl-、Br-和I-中一种或多种。
优选的是，所述上载流子传输层和下载流子传输层均为聚乙撑二氧噻吩-聚(苯乙烯磺酸盐)PEDOT:PSS、聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]PTAA、2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴Spiro-OMeTAD、[6,6]-苯基丁酸甲酯[6,6]PCBM、2,9-二甲基-4,7-联苯-1,10-菲罗啉BCP、氧化锌ZnO、氧化锡SnO2、三氧化钨WO3、氧化锆ZrO2、氧化镍NiOn、Li/Na-NiOn和氧化铁FeOn中的一种或多种，其中0≤n≤5。
本发明专利至少包括以下有益效果：基底采用云母制备得到的钙钛矿太阳能电池具有耐高温、透明、弯曲稳定性高等优点，而且云母基底为纯天然材料，价格便宜，对环境无污染、且具有优异的柔韧性，随曲面设备的外壳和建筑外体等形状可塑性强，相对传统太阳能电池应用范围更加广阔。
本发明专利的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明专利的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1本发明提供的一种无机柔性透明太阳能电池结构示意图；
图2本发明提供的基底为云母所做钙钛矿太阳能电池的效率示意图；
图3本发明提供的基底为云母所做钙钛矿太阳能电池测试弯曲示意图；
图4本发明提供的基底为云母所做钙钛矿太阳能电池断面示意图；
图中：1、云母；2、透明导电层；3、下载流子传输层；4、钙钛矿吸收层；5、上载流子吸收层；6、导电电极；
具体实施方式
下面将结合本发明专利实施例中的附图，对本发明专利实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明专利一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明专利中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明专利保护的范围。
实施例1：
该太阳能电池的制备过程为：通过磁控溅射法将透明导电层制备在云母基底上，接着采用均匀旋涂法旋涂空穴传输层PEDOT：PSS，转速为2000r/min，旋涂时间为10秒，旋涂完毕后将基底在200℃的加热面板上加热30分钟，随后将其放到手套箱中冷却，之后，在手套箱中，旋涂钙钛矿吸收层，优选CH3NH3PbI3，将配置好的钙钛矿溶液，用磁力搅拌机加热搅拌，在旋涂之前进行过滤，同时，将PCBM溶在氯苯中，配制成溶液，在磁力搅拌机加热搅拌至混合均匀呈深紫色，旋涂钙钛矿时，同时迅速垂直快冲氯苯，之后在100℃加热面板下退火60分钟。基片在手套箱中冷却，待基片冷却至室温后，旋涂PCBM溶液，设置转速为3000r/min，在加热面板上加热后冷却至室温，旋涂BCP溶液，设置旋涂转速为1000r/min，完成以上步骤后，刮涂透明导电层后端，之后将基片转移至蒸发镀膜机腔室，蒸镀导电电极，优选Ag电极，完成器件的制备。
实施例2：
该太阳能电池的制备过程为：基底为玻璃，在基底玻璃上已具有透明导电层FTO，通过采用旋转法均匀旋涂空穴传输层PEDOT:PSS，转速为1000r/min，在加热面板上加热，将基片放到手套箱中冷却，之后，在手套箱中，旋转涂钙钛矿吸收层，优选CH3NH3PbI3，将配置好的钙钛矿溶液，在磁力搅拌机加热搅拌至混合均匀呈深紫色，在旋涂之前进行过滤，同时，将PCBM溶在氯苯中，配成溶液，在磁力搅拌机加热搅拌，旋涂钙钛矿时，同时迅速垂直快冲氯苯，之后在120℃加热面板下退火90分钟，基片在手套箱中冷却，待基片冷却至室温后，旋涂PCBM溶液，设置转速为4000r/min，在加热面板上加热，冷却至室温后，旋涂BCP溶液，之后将基片转移至蒸发镀膜机腔室，蒸镀Ag电极，完成器件的制备。
以基底制备得到的钙钛矿太阳能电池具有耐高温、透明、可反复弯折等性能，基底价格便宜，纯天然材料，对环境无污染，形状可塑性强，应用范围更加广泛。
尽管本发明专利的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明专利的领域，对于熟悉本领域的人员而言，对于本领域的普通技术人员而言，在不脱离本发明专利的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明专利并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (6)
1.一种无机柔性透明太阳能电池，其特征在于：包括自下而上依次顺序叠加的基底、透明导电层、下载流子传输层、有机金属卤化物钙钛矿吸收层、上载流子传输层和导电电极。
2.如权利要求1所述的一种无机柔性透明太阳能电池，其特征在于：所述基底为云母片，其厚度为0.001mm-100mm。
3.如权利要求1所述的一种无机柔性透明太阳能电池，其特征在于：所述透明导电层为掺杂氟的氧化锡薄膜(FTO)、铟锡氧化物薄膜(ITO)或铝掺杂的氧化锌薄膜(AZO)中的一种。
4.如权利要求1所述的一种无机柔性透明太阳能电池，其特征在于：所述透明导电层的厚度5nm-500μm。
5.如权利要求1所述的一种无机柔性透明太阳能电池，其特征在于：所述有机金属卤化物ABX3钙钛矿中A为甲胺离子CH3NH3 +,、甲脒离子CH(NH2)2 +、铯离子Cs+和铷离子Rb+中一种或多种，B为铅离子Pb2+、锡离子Sn2+和铋离子Bi3+中一种或多种，X为氯离子Cl-、溴离子Br-和碘离子I-中一种或多种。
6.如权利要求1所述的一种无机柔性透明太阳能电池，其特征在于：所述上载流子传输层和下载流子传输层均为聚乙撑二氧噻吩-聚(苯乙烯磺酸盐)PEDOT:PSS、聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]PTAA、2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴Spiro-OMeTAD、[6,6]-苯基丁酸甲酯[6,6]PCBM、2,9-二甲基-4,7-联苯-1,10-菲罗啉BCP、氧化锌ZnO、氧化锡SnO2、三氧化钨WO3、氧化锆ZrO2、氧化镍NiOn、Li/Na-NiOn和氧化铁FeOn中的一种或多种，其中0≤n≤5。
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