本發(fā)明涉及一種雜化太陽能電池，屬于新型薄膜太陽能電池技術領域。
背景技術：
簡單高效綠色環(huán)保的利用太陽能一直是人類追去。太陽能電池是利用太陽能的一個好的方法。與傳統(tǒng)太陽能電池相比，鈣鈦礦太陽能電池具有制備工藝簡單、成本低、效率高等優(yōu)點。自從2012年park課題組首次報道壽命500小時以上、效率達到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界和產(chǎn)業(yè)界的極大關注，發(fā)展迅速，還被《science》評選為2013年十大科學突破之一。鈣鈦礦太陽能電池在短短幾年里發(fā)展迅速，目前報道的鈣鈦礦太陽能電池的效率已經(jīng)突破了20%。
使用最廣泛和獲得效率最高的鈣鈦礦太陽能電池的光敏材料是ch3nh3pbx3(x為cl、i或者它們的混合)，它的吸光范圍在300-800nm。目前，ch3nh3pbx3作為光敏層的鈣鈦礦的太陽能電池的短路電流已經(jīng)可以達到25ma/cm2，器件的外量子效率在ch3nh3pbx3的300-800nm的吸收范圍可以達到90%以上。在使用僅僅使用ch3nh3pbx3作為光敏層的條件下，需要繼續(xù)提高電池的短路電流非常困難，必須設法拓寬器件的光吸收范圍。在太陽光中約一半的能量在近紅外區(qū)域，而ch3nh3pbx3在800nm以后的近紅外區(qū)域幾乎沒有吸收，如何增加電池在近紅外區(qū)域的光吸收是一個迫切需要解決的問題。另一方面，鈣鈦礦太陽能電池中，常用的空穴傳輸層pedot:pss具有較強的酸性，容易造成ito電極的腐蝕，降低電池的穩(wěn)定性和壽命。
針對上述兩方面的問題，本發(fā)明從鈣鈦礦太陽能電池的結(jié)構(gòu)和界面材料的性質(zhì)調(diào)控出發(fā)，提出了一種雙光敏層的雜化太陽能電池及其制備方法，拓寬了鈣鈦礦電池的吸收范圍，改善其光電轉(zhuǎn)換性能；同時避免了傳統(tǒng)鈣鈦礦太陽能電池中酸性的空穴傳輸層pedot:pss的使用，提高了電池的壽命。
技術實現(xiàn)要素：
針對背景技術中所述的問題，本發(fā)明提供了一種雙光敏層雜化太陽能電池及其制備方法，一方面將鈣鈦礦太陽能電池的響應范圍拓寬到近紅外區(qū)，另一方面避免了pedot:pss的使用，降低器件成本的同時提高器件的壽命。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出以下技術方案：
為了實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個方面，提供一種雙光敏層雜化太陽能電池，由下到上由ito導電玻璃、第一修飾層、第一光敏層、第二光敏層、電子傳輸層、第二修飾層和反射電極組成，其特征在于，所述的第一光敏層為clalpc(chloro-aluminumphthalocyanine)，第二光敏層為有機無機雜化鈣鈦礦類材料ch3nh3pbx3(x為cl、i或者它們的混合)，所述的第一修飾層和第一光敏層共同作為第二光敏層ch3nh3pbx3的基底和空穴傳輸層層。
進一步的，所述ito導電玻璃，方塊電阻10-20ω，透過率在80-90%。
進一步的，所述的第一修飾層為moo3，厚度為2-10nm。
進一步的，所述的第一光敏層為clalpc，厚度為15-30nm。
進一步的，所述的第二光敏層為ch3nh3pbx3，厚度為200-500nm。
進一步的，所述的電子傳輸層為富勒烯衍生物薄膜，所述的富勒烯衍生物薄膜為c60、c70、pc60bm或者pc70bm。
進一步的，所述的第二修飾層為bphen、bcp或者lif。
進一步的，所述的反射電極為au、ag或者al中的一種，反射電極厚度在80-200nm。
按照本發(fā)明的另一方面，提供了一種雙光敏層雜化太陽能電池的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：
步驟(1)ito導電玻璃處理
ito導電玻璃采用丙酮、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；
步驟(2)真空沉積法制備第一修飾層
真空度小于5×10-4的真空條件下，在透明導電襯底上通過熱蒸發(fā)的方法依次沉積一層moo3作為第一修飾層；第一修飾層厚度在2-10nm，沉積速率控制在0.05nm/s；
步驟(3)真空沉積法制備第一光敏層
真空度小于5×10-4的真空條件下，在moo3第一修飾層上，通過熱蒸發(fā)的方法依次沉積一層clalpc作為第一光敏層；第一光敏層厚度在10-30nm，沉積速率控制在0.05nm/s；
步驟(4)溶液法制備第二光敏層
室溫下配置有機無機雜化鈣鈦礦前驅(qū)體溶液，60℃條件下加熱12小時至溶解充分，得到有機無機雜化鈣鈦礦前驅(qū)體溶液；使用勻膠機將配置好的前驅(qū)體溶液旋轉(zhuǎn)涂覆在clalpc第一光敏層上；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ch3nh3pbx3鈣鈦礦第二光敏層；
步驟(5)電子傳輸層的制備
在鈣鈦礦第二光敏層上通過熱蒸發(fā)的方法生長20-50nm的c60、c70或者將配置好的pc60bm、pc70bm溶液旋轉(zhuǎn)涂覆在鈣鈦礦第二光敏層上，然后加熱板上退火處理完成電子傳輸層的制備；
步驟(6)第二修飾層的制備
將上述制備好的基底放入真空鍍膜設備中，真空度小于5×10-4pa條件下，將lif、bphen、bcp粉體通過真空蒸鍍的方式沉積到電子傳輸層上；
步驟(7)反射電極的制備
在電子傳輸層上通過熱蒸發(fā)的方法沉積一層80-200nm的al、ag或者au作為反射電極，獲得雜化太陽能電池。
總體而言，按照本發(fā)明的技術構(gòu)思和現(xiàn)有技術相比，主要具備以下技術優(yōu)點：(1)clalpc作為金屬酞菁化合物，化學性質(zhì)穩(wěn)定，替代常用的鈣鈦礦電池中空穴傳輸層pedot:pss，可以提高器件的壽命，降低器件的制備成本。(2)clalpc具備良好的空穴傳輸能力，clalpc的hoimo能級在5.3ev左右，與ch3nh3pbx3的5.4ev的homo能級非常匹配，對于ch3nh3pbx3中產(chǎn)生的空穴的收集非常有利，有利于提高電池效率。(3)clalpc中光生激子可以分解，其分解有兩個途徑：一個途徑激子分解發(fā)生在moo3與clalpc形成的肖特基異質(zhì)結(jié)處，類似的金屬酞菁化合物與moo3肖特基結(jié)界面分解的文獻已有報道；另一個途徑是激子分解發(fā)生在clalpc與ch3nh3pbx3界面處，這得益于ch3nh3pbx3的雙極性以及clalpc與ch3nh3pbx3能級的適宜性。而clalpc的光吸收截止波長達到了近紅外區(qū)900nm附近，可以將電池的光譜響應范圍從單純ch3nh3pbx3吸收的800nm拓寬到900nm，提高了器件的短路電流和能量轉(zhuǎn)換效率。
附圖說明
圖1為本發(fā)明的雙光敏層雜化太陽能電池結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明的各個實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突可以相互組合。
如圖1所示，太陽能電池由下至上由ito導電玻璃、第一修飾層、第一光敏層、第二光敏層、電子傳輸層、第二修飾層和反射電極組成。
所述ito導電玻璃，方塊電阻10-20ω，透過率在80-90%。
所述的第一修飾層為moo3，厚度為2-10nm。
所述的第一光敏層clalpc的厚度為15-30nm。
所述的第二光敏層ch3nh3pbx3的厚度為200-500nm。
所述的第一修飾層和第一光敏層共同作為第二光敏層ch3nh3pbx3的基底和空穴傳輸層層。
所述的電子傳輸層為富勒烯衍生物薄膜，所述的富勒烯衍生物薄膜為c60、c70、pc60bm或者pc70bm。
所述的第二修飾層為bphen、bcp或者lif。
所述的反射電極為au、ag或者al中的一種，反射電極厚度在80-200nm。
實例一
步驟(1)ito導電玻璃處理
ito導電玻璃采用丙酮、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；
步驟(2)真空沉積法制備第一修飾層
真空度小于5×10-4的真空條件下，在透明導電襯底上通過熱蒸發(fā)的方法依次沉積一層moo3作為第一修飾層；第一修飾層厚度在2nm，沉積速率控制在0.05nm/s；
步驟(3)真空沉積法制備第一光敏層
真空度小于5×10-4的真空條件下，在moo3第一修飾層上，通過熱蒸發(fā)的方法依次沉積一層clalpc作為第一光敏層；第一光敏層厚度在30nm，沉積速率控制在0.05nm/s；
步驟(4)溶液法制備第二光敏層
室溫下配置有機無機雜化鈣鈦礦前驅(qū)體溶液，將定量的ch3nh3i和pbi2在二甲基甲酰胺(dmf)中溶解，60℃條件下加熱12小時至溶解充分，得到有機無機雜化鈣鈦礦前驅(qū)體溶液；使用勻膠機將配置好的前驅(qū)體溶液旋轉(zhuǎn)涂覆在clalpc第一光敏層上；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鈣鈦礦第二光敏層；
步驟(5)電子傳輸層的制備
在鈣鈦礦第二光敏層上通過熱蒸發(fā)的方法生長50nm的c60作為電子傳輸層；
步驟(6)第二修飾層的制備
將上述制備好的基底放入真空鍍膜設備中，真空度小于5×10-4pa條件下，將bphen粉體通過真空蒸鍍的方式沉積到電子傳輸層上，沉積厚度為5nm；
步驟(7)反射電極的制備
在電子傳輸層上通過熱蒸發(fā)的方法沉積一層200nm的al作為反射電極，獲得雜化太陽能電池。
實例二
步驟(1)ito導電玻璃處理
ito導電玻璃采用丙酮、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；
步驟(2)真空沉積法制備第一修飾層
真空度小于5×10-4的真空條件下，在透明導電襯底上通過熱蒸發(fā)的方法依次沉積一層moo3作為第一修飾層；第一修飾層厚度10nm，沉積速率控制在0.05nm/s；
步驟(3)真空沉積法制備第一光敏層
真空度小于5×10-4的真空條件下，在moo3第一修飾層上，通過熱蒸發(fā)的方法依次沉積一層clalpc作為第一光敏層；第一光敏層厚度在15nm，沉積速率控制在0.05nm/s；
步驟(4)溶液法制備第二光敏層
室溫下配置有機無機雜化鈣鈦礦前驅(qū)體溶液，將定量的ch3nh3i和pbcl2在二甲基甲酰胺(dmf)中溶解，60℃條件下加熱12小時至溶解充分，得到有機無機雜化鈣鈦礦前驅(qū)體溶液；使用勻膠機將配置好的前驅(qū)體溶液旋轉(zhuǎn)涂覆在clalpc第一光敏層上；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ch3nh3pbclxi3-x鈣鈦礦第二光敏層；
步驟(5)電子傳輸層的制備
稱取一定量的pc60bm溶入氯苯中，配成10-20mg/ml的pc60bm氯苯溶液，將配置好的pc60bm溶液旋轉(zhuǎn)涂覆到ch3nh3pbclxi3-x鈣鈦礦第二光敏層上，轉(zhuǎn)速為1000-3000rpm，時間30-60s，然后在70℃加熱板上退火處理20分鐘，完成電子傳輸層的制備。
步驟(6)第二修飾層的制備
將上述制備好的基底放入真空鍍膜設備中，真空度小于5×10-4pa條件下，將lif粉體通過真空蒸鍍的方式沉積到電子傳輸層上，沉積厚度為0.5nm；
步驟(7)反射電極的制備
在電子傳輸層上通過熱蒸發(fā)的方法沉積一層100nm的ag作為反射電極，獲得雜化太陽能電池。
同時制備以結(jié)構(gòu)為ito/pedot:pss/ch3nh3pbclxi3-x/pc60bm/lif/ag的對比器件，其中pedot:pss的厚度為40nm，pedot:pss的制備通過旋轉(zhuǎn)涂覆pedot:pss的水溶液并在120℃加熱板上退火20分鐘，其余各層的制備方法均與實施例相同。最后進行電池性能的測試。在am1.5標準模擬太陽光照射下，測得實施例的雜化太陽能電池的短路電流密度22.4ma/cm2，能量轉(zhuǎn)換效率12.2%,高于對比器件20.2ma/cm2的短路電流密度和11.1%的能量轉(zhuǎn)換效率。同時器件的壽命測試發(fā)現(xiàn)，實施例器件存儲1000小時后，仍保留了初始效率的82%，而對比器件在存儲1000小時后，僅保留了初始效率的51%。這就證明了本發(fā)明的雙光敏層結(jié)構(gòu)，一方面可以提高電池的短路電流和能量轉(zhuǎn)換效率，另一方面可以提高電池的壽命。
本領域的技術人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所做的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。