钙钛矿和其它太阳能电池材料制造技术

本发明专利技术涉及光伏器件，例如太阳能电池、混合太阳能电池‑电池组和其它此类器件，其可以包括布置在两个电极之间的活性层，所述活性层具有钙钛矿材料和其它材料，例如介孔材料、界面层、薄涂层界面层以及它们的组合。钙钛矿材料可以是光敏的。钙钛矿材料可以布置在光伏器件中的两种或更多种其它材料之间。在光伏器件的活性层内以各种排列包含这些材料可以改进器件性能。可以包含其它材料以进一步改进器件性能，所述其它材料例如为：额外的钙钛矿和额外的界面层。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
利用光伏(PV)从太阳能或辐射发电可以提供很多好处，包括，例如，电源、低排放或零排放、独立于电网(power grid)的电力产生、耐用的物理结构(无运动部件)、稳定可靠的系统、模块化构造、相对快的安装、安全的制造和使用以及良好的舆论和使用接受度。本公开内容的特征和优点对于本领域技术人员而言是容易清楚的。尽管本领域技术人员可以做出许多变化，但这种变化在本专利技术的精神内。附图说明图1是示出根据本公开内容的一些实施方案的DSSC的多个层的DSSC设计的图示说明。图2是示出根据本公开内容的一些实施方案的DSSC的多个层的DSSC设计的另一个图示说明。图3是根据本公开内容的一些实施方案的BHJ器件设计的示例性图示说明。图4是根据本公开内容的一些实施方案的包括活性层的典型光伏电池的示意图。图5是根据本公开内容的一些实施方案的典型固态DSSC器件的示意图。图6是根据本公开内容的一些实施方案的示范性混合PV电池组的组件的图示。图7是例示了根据本公开内容的一些实施方案的示范性PV器件的组件的程式化图(stylized diagram)。图8A是例示了根据本公开内容的一些实施方案的混合PV电池组的程式化图。图8B是与根据本公开内容的一些实施方案的混合PV电池组有关的电
气等效线路图。图9是示出根据本公开内容的一些实施方案的示范性PV器件的组件的程式化图。图10是示出根据本公开内容的一些实施方案的示范性PV器件的组件的程式化图。图11是示出根据本公开内容的一些实施方案的示范性PV器件的组件的程式化图。具体实施方式在与有机PV、非有机PV和/或混合PV兼容的PV技术的多个方面中的改进希望进一步降低OPV和其它PV二者的成本。例如，一些太阳能电池(例如固态染料敏化太阳能电池)可以利用新的有成本效益和高稳定性的替代组件，例如固态电荷传输材料(或者通俗地说“固态电解质”)。另外，多种太阳能电池可以有利地包括界面材料及其它材料，除了其它优点之外，其还可以比当前现有的传统选项更具有成本效益和耐用。本公开内容总体上涉及在从太阳辐射产生电能时光伏电池中的材料的物质成分、装置和使用方法。更具体而言，本公开内容涉及物质的光敏成分及其它成分，以及物质的这些成分的装置、使用方法和形成。物质的这些成分的实例可以包括例如：空穴传输材料以及/或者适合于用作例如界面层、染料、和/或PV器件的其它元件的材料。这种化合物可以使用在各种PV器件中，例如异质结电池(例如双层和本体)、混合电池(例如具有CH3NH3PbI3、ZnO纳米棒或PbS量子点的有机物)和DSSC(染料敏化太阳能电池)中。后者，即DSSC，以三种形式存在：溶剂型电解质、离子液体电解质和固态空穴传输体(或固态DSSC，即SS-DSSC)。根据一些实施方案的SS-DSSC结构可以基本上不含电解质，而是包含空穴传输材料，例如螺-OMeTAD(spiro-OMeTAD)、CsSnI3和其它活性材料。根据本公开内容的一些实施方案的一些或所有材料还可以有利地用于任何有机电子器件或其它电子器件中，所述电子器件的一些实例包括但不限于：电池组(battery)、场效应晶体管(FET)、发光二极管(LED)、非线性光学器件、忆阻器(memristor)、电容器、整流器和/或整流天线。在一些实施方案中，本公开内容可以提供PV器件及其它类似器件(例如，电池组、混合PV电池组、多结PV、FET、LED等)。在一些实施方案中，这种器件可以包括改进的活性材料、界面层、和/或一种或多种钙钛矿材料。钙钛矿材料可以包含在PV器件或其它器件的不同的一个或多个方面中。根据一些实施方案的钙钛矿材料可以具有通式CMX3，其中：C包括一种或多种阳离子(例如胺阳离子、铵阳离子、1族金属阳离子、2族金属阳离子和/或其它阳离子或类阳离子化合物(cation-like compound))；M包括一种或多种金属(示例包括Fe、Co、Ni、Cu、Sn、Pb、Bi、Ge、Ti和Zr)；且X包括一种或多种阴离子。以下更详细地论述根据各种实施方案的钙钛矿材料。光伏电池及其它电子器件可以参考如图1、3、4和5中所示的太阳能电池的各种示例性图示来说明一些PV实施方案。例如，根据一些实施方案的示例性PV架构基本上可以具有衬底-阳极-IFL-活性层-IFL-阴极的形式。一些实施方案的活性层可以是光敏的，且/或它可以包括光敏材料。其它层和材料可以如本领域中已知的在电池中使用。而且，应注意，术语“活性层”的使用绝非意图明确地或隐含地限制或者以其它方式限定任何其它层的特性——例如，在一些实施方案中，任一或者两个IFL也可以是活性的，只要它们可以是半导体的。特别是，参考图4，示出了程式化通用PV电池2610，其中例示了PV内一些层的高界面特性。PV 2610表示适用于几种PV器件(例如DSSC PV实施方案)的通用架构。PV电池2610包括玻璃(或者对于太阳辐射类似透明的材料)的透明层2612，其允许太阳辐射2614穿透通过所述层。一些实施方案的透明层也可以被称为衬底(例如，如图1的衬底层1507一样)，它可以包括各种刚性或柔性材料中的任意一种或多种，例如：玻璃、聚乙烯、PET、聚酰亚胺树脂薄膜(Kapton)、石英、铝箔、金箔、或钢。光敏层2616由电子供体或p-型材料2618和电子受体或n-型材料2620组成。活性层或者如图4中所示的光敏层2616夹在两个导电电极层2622和2624之间。在图4中，电极层2622是ITO材料。如前提及的，一些实施方案的活性层不必是光敏的，尽管在图4所示的器件中它是光敏的。电极层2624是
铝材料。也可以如本领域中已知地使用其它材料。电池2610还包括界面层(IFL)2626，其在图4的实例中显示为PEDOT:PSS材料。IFL可以有助于电荷分离。在一些实施方案中，IFL 2626可以包括作为自组装单层(SAM)或作为薄膜的根据本公开内容的光敏有机化合物。在其它实施方案中，IFL2626可以包括薄涂层(thin-coat)双层，以下更详细地对其进行论述。在器件的铝-阴极侧上还可以有IFL 2627。在一些实施方案中，器件的铝-阴极侧上的IFL 2627还可以包括或者替代地包括作为自组装单层(SAM)或作为薄膜的根据本公开内容的光敏有机化合物。在其它实施方案中，器件的铝-阴极侧上的IFL 2627还可以包括或者替代地包括薄涂层双层(同样，以下更详细地对其进行论述)。根据一些实施方案的IFL在性质上可以是半导体的，且可以是p-型的或者n-型的。在一些实施方案中，在器件的阴极侧上的IFL(例如图4中所示的IFL 2627)可以是p-型的，在器件的阳极侧上的IFL(例如图4中所示的IFL 2626)可以是n-型的。但在其它实施方案中，阴极-侧IFL可以是n-型的，阳极-侧IFL可以是p-型的。电池2610连接到引线2630和放电单元2632，例如电池组。可以参考图3来说明另外其它的实施方案，图3示出了程式化BHJ器件设计，包括：玻璃衬底2401；ITO(锡掺杂的氧化铟)电极2402；界面层(IFL)2403；光敏层2404；和LiF/Al阴极2405。所提及的BHJ结构的材料仅是示本文档来自技高网...

【技术保护点】
光伏器件，包括：第一电极；第二电极；活性层，所述活性层至少部分地布置在所述第一电极和所述第二电极之间，所述活性层包含：光敏材料，包括钙钛矿材料；介孔材料，包括NiO；和界面层，包括ZnO。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.11.26 US 61/909,168;2013.12.09 US 61/913,665;1.光伏器件，包括：第一电极；第二电极；活性层，所述活性层至少部分地布置在所述第一电极和所述第二电极之间，所述活性层包含：光敏材料，包括钙钛矿材料；介孔材料，包括NiO；和界面层，包括ZnO。2.根据权利要求1所述的光伏器件，其中，所述钙钛矿材料具有式CMX3，其中，C包括一种或多种阳离子，所述阳离子各自选自：1族金属阳离子、2族金属阳离子、有机阳离子及其组合；其中，M包括一种或多种金属，所述金属各自选自：Fe、Co、Ni、Cu、Sn、Pb、Bi、Ge、Ti、Zn及其组合；且其中，X包括一种或多种阴离子，所述阴离子各自选自：卤化物离子、硫化物离子、硒化物离子及其组合。3.根据权利要求2所述的光伏器件，其中C是甲基铵阳离子，M是Pb，且其中X包括一种或多种卤化物离子。4.根据权利要求2所述的光伏器件，其中C是甲基铵阳离子，M是Sn，且其中X包括一种或多种卤化物离子。5.根据权利要求2所述的光伏器件，其中C是甲脒阳离子，M是Pb，且其中X包括一种或多种卤化物离子。6.根据权利要求2所述的光伏器件，其中C是甲脒阳离子，M是Sn，且其中X包括一种或多种卤化物离子。7.根据权利要求1所述的光伏器件，其中所述钙钛矿材料布置在所述介孔材料和所述界面层之间。8.根据权利要求7所述的光伏器件，其中所述钙钛矿材料布置在相邻于所述介孔材料和所述界面层中的每一个。9.根据权利要求8所述的光伏器件，其中所述介孔材料靠近所述第一电极，所述界面层靠近所述第二电极。10.根据权利要求8所述的光伏器件，其中所述介孔材料比所述界面层更靠近所述第一电极；并且其中所述界面层比所述介孔材料更靠近所述第二电极。11.根据权利要求1所述的光伏器件，其中所述界面层布置在所述介孔材料与所述电极之一之间，并与它们相邻。12.根据权利要求9所述的光伏器件，其中所述第一电极是阳极，且所述第二电极是阴极。13.光伏器件，包括：第一电极；第二电极；和活性层，所述活性层至少部分地布置在所述第一电极和所述第二电极之间，所述活性层包含：NiO、钙钛矿材料和ZnO，其中，所述钙钛矿材料具有式CMX3，并布置在所述NiO与所述ZnO之间；其中，C包括一种或多种阳离子，所述阳离子各自选自：1族金属阳离子、2族金属阳离子、有机阳离子及其组合；其中，M包括一种或多种金属，所述金属各自选自：Fe、Co、Ni、Cu、Sn、Pb、Bi、Ge、Ti、Zn及其组合；且其中，X包括一种或多种阴离子，所述阴离子各自选自：卤化物离子、硫化物离子、硒化物离子及其组合。14....

【专利技术属性】
技术研发人员：M·D·欧文，J·A·丘特，
申请(专利权)人：亨特能量企业有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US