一种复合半透明顶电极的薄膜光电器件及其制备方法技术

一种复合半透明顶电极的薄膜光电器件及其制备方法。本发明专利技术公开了一种复合半透明顶电极的薄膜光电器件及制备方法。属于新材料太阳能电池领域，稳定性是阻碍薄膜光电器件产业化进程的重要因素，对于主流的电池采用的是金属背电极，存在金属扩散和化学腐蚀的问题，导致薄膜光电器件稳定性下降，采用无机电极的电池由于方阻问题导致效率比较低，所以针对该问题，本发明专利技术提供了一种复合半透明顶电极的薄膜光电器件以及制备方法，先制备空穴传输层，接着制备有机无机杂化半导体薄膜，随后沉积一层电子传输层，接着沉积一层界面修饰层，最后原位连续沉积制备的复合半透明顶电极（ITO/ITO

【技术实现步骤摘要】
一种复合半透明顶电极的薄膜光电器件及其制备方法


[0001]本专利技术属于新材料太阳能电池领域，更具体地，涉及一种复合半透明顶电极的薄膜光电器件及制备方法。

技术介绍

[0002]钙钛矿材料的带隙在 1.2
‑
2.23eV 范围内可调，因此根据光谱吸收范围不同，取代传统的金属全电极，使用半透明电极可以将其制作成半半透明薄膜光电器件。尽管目前半半透明薄膜光电器件相对传统的不半透明薄膜光电器件来说，光电转换效率较低，但是半半透明钙钛矿电池应用前景的广阔，叠层电池，建筑光伏一体化和可穿戴的电子器件等。在这些应用之中，钙钛矿/硅基叠层太阳能电池被认为是下一代光伏技术，以期打破晶体硅的太阳能电池效率和不断地降低制造成本。除了近红外半半透明薄膜光电器件在叠层电池上的高效率应用之外，彩色钙钛矿电池可以充当建筑物上的发电窗户，自供电的电子设备显示屏和太阳能汽车顶棚。半半透明薄膜光电器件的效率与光学性能之间往往相互制约，其光学性能指的是平均可见光透过率，平均近红外光透过率和显色指数。半半透明薄膜光电器件的性能目前主要通过以下几个方面改善：钙钛矿吸收层，电子传输层和半透明电极。首先，通过简单的调整钙钛矿材料中的元素比例和成分可以轻易的改变其禁带宽度，这是制造彩色和宽带隙钙钛矿电池的关键一步。除了组份工程外，使用更薄的钙钛矿吸收层来制作半半透明薄膜光电器件，并对其结构和工艺设计进一步优化来提高近红外区域的光透过率。其次，半半透明薄膜光电器件无论从正面和背面照射都能实现较高的效率。因此，选取更薄和更宽的禁带宽度的电子和空穴传输层材料来降低寄生吸收，才能更好地应用在半半透明钙钛矿电池中。最后，与不半透明钙钛矿电池的结构上相比，半透明电极是最大的不同点，因此，平衡半透明电极的透过率和导电性是追求高效率，稳定性和低成本半半透明薄膜光电器件的关键；在这里，我们提出了一种复合半透明顶电极的薄膜光电器件及制备方法。通过原位复合溅射制备无机
‑
金属/无机混合
‑
无机薄膜的复合半透明顶电极，即解决金属电极导致的稳定性问题，又解决了无机电极的效率低下问题，有利于实现薄膜光电器件产业化。

技术实现思路

[0003]针对现有技术中存在的问题，本申请提供的是一种复合半透明顶电极的薄膜光电器件及制备方法。通过原位复合溅射制备无机
‑
金属/无机混合
‑
无机薄膜的复合半透明顶电极，即解决金属电极导致的稳定性问题，又解决了无机电极的效率低下问题；为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种复合半透明顶电极的薄膜光电器件及制备方法，其特征在于：所述太阳能电池备空穴传输层，接着制备钙有机无机杂化半导体薄膜ABX3，A ＝ CH3NH
3+
或CH(NH2)
2+
或Cs
+
或三者混合物；X ＝ Cl
‑
、Br
‑
、I
‑
或其混合物的制备，随后沉积一层电子传输层 C60，接着沉积一层界面修饰层 ( 包括 LiF或BCP 或TiOx或SnOx)，最后沉积原位制备的复合半透明顶电极（ITO/ITO
‑
X/AZO/AZO
‑
X,X=Cu或Ag）；
所述复合半透明顶电极为原位复合溅射无机
‑
金属/无机混合
‑
无机薄膜的复合半透明顶电极，其结构为ITO/ITO
‑
X/AZO/AZO
‑
X,X=Cu或Ag，自下而上分别为，ITO电极层、ITO
‑
X复合过渡层、AZO层、AZO
‑
X复合收集层，解决金属电极导致的稳定性问题，又解决了无机电极的效率低下问题；所述钙有机无机杂化半导体薄膜为A＝CH3NH
3+
或CH(NH2)
2+
或Cs
+
或三者混合物；B=Pb或Sn; X＝Cl
‑
、Br
‑
、I
‑
或其混合物；优选地，原位制备的复合半透明顶电极其特征在于：ITO/ITO
‑
X/AZO/AZO
‑
X,X=Cu或Ag复合顶电极厚度分别为100
‑
200nm，0
‑
10nm，100
‑
200nm,0
‑
10nm；优选地，原位制备的复合半透明顶电极的薄膜光电器件，其特征在于：复合顶电极的方阻≤10Ω/
□
；优选地，所述的太阳能电池，其特征在于，所述电子传输层为富勒烯薄膜，所述富勒烯薄膜为 C60；按照本专利技术的另一方面，提供了一种复合半透明顶电极的薄膜光电器件及制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤 (1) 溶液法制备钙有机无机杂化半导体薄膜，所述钙有机无机杂化半导体薄膜ABX3，A ＝ CH3NH
3+
或CH(NH2)
2+
或Cs
+
或三者混合物；X ＝ Cl
‑
、Br
‑
、I
‑
或其混合物的制备，将配置好的钙钛矿前驱体溶液涂覆在空穴传输层上，然后在加热板上退火处理；步骤 (2) 电子传输层的制备将C60粉体通过真空蒸镀的方式沉积到钙有机无机杂化半导体薄膜上，真空度达到 1
×
10
‑5‑5×
10
‑4Pa，厚度为 20
‑
80nm ；步骤 (3) 界面修饰层的制备将 LiF或BCP 粉体通过真空蒸镀的方式沉积到 C60薄膜上，空度达到 1
×
10
‑5‑5×
10
‑4Pa，厚度为 5
‑
20nm ；TiOx 等前驱液旋凃到 C60薄膜上，然后在加热板上退火处理；步骤 (4) 将沉积完界面修饰层的基底放入到磁控溅射腔室中，先打开ITO溅射电源溅射制备单ITO薄膜，薄膜厚度为100
‑
200nm，然后打开金属溅射电源，进行ITO和金属的共溅射，共溅射厚度5
‑
10nm，然后关闭ITO溅射电源和金属溅射电源，切换到AZO溅射电源，制备单AZO薄膜，然后打开金属溅射电源，进行AZO和金属的共溅射，共溅射厚度5
‑
10nm；ITO的溅射方式采用直流脉冲方式溅射，工作气采用Ar/O2，氧分压为0
‑
3%，溅射速率控制在3
‑
7nm/min,溅射工作气压0.2
‑
0.8Pa，溅射真空度控制在≤4
×
10
‑3Pa； ITO
‑
X过度层，采用双靶共溅射的方式ITO采用直脉冲的方式，金属采用直脉冲的方式，两者的溅射速率3
‑
7nm/min，工作气采用Ar；溅射真空度控制在≤4
×
10
‑3Pa；单AZO的溅射方式采用直流脉冲方式溅射，工本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合半透明顶电极的薄膜光电器件，其特征在于：所述薄膜光电器件自下而上由导电基底、空穴传输层、吸光活性层、电子传输层、界面修饰层和复合半透明顶电极；所述的导电基底为TCO基底；所述的空穴传输层为P型半导体材料制备的薄膜；所述吸光活性层为ABX3结构的有机无机杂化半导体薄膜，（A＝CH3NH
3+
或CH(NH2)
2+
或Cs
+
或三者混合物；B=Pb或Sn; X＝Cl
‑
、Br
‑
、I
‑
或其混合物）；所述电子传输层N型半导体材料；所述的修饰层为具有调节背电极的公函和能级位置的有机或无机材料。2.如权利要求1所述的一种复合半透明顶电极的薄膜光电器件，其特征在于，所述导电基底方阻在5
‑
25Ω，透过率在 85
‑
95％。3.如权利要求1所述的一种复合半透明顶电极的薄膜光电器件，其特征在于，所述空穴传输层厚度为10
‑
50nm。4.如权利要求1所述的一种复合半透明顶电极的薄膜光电器件，其特征在于，所述吸光活性层厚度为300
‑
1000nm。5.如权利要求1所述的一种复合半透明顶电极的薄膜光电器件，其特征在于，所述电子传输层厚度为10
‑
80nm。6.如权利要求1所述的一种复合半透明顶电极的薄膜光电器件，其特征在于，所述修饰层厚度为5
‑
20nm。7.如权利要求 1 所述的一种复合半透明顶电极的薄膜光电器件，其特征在于，所述复合半透明顶电极为原位复合溅射制备无机
‑
金属/无机混合
‑
无机薄膜的复合半透明顶电极，其结构为ITO/ITO
‑
X/AZO/AZO
‑
X,X=Cu或Ag，自下而上分别为，ITO电极层、ITO
‑
X复合过渡层、AZO层、AZO
‑
X复合收集层，解决金属电极导致的稳定性问题，又解决了无机电极的效率低下问题。8.如权利要求 7 所述的一种复合半透明顶电极的薄膜光电器件，其特征在于：ITO/ITO
‑
X/AZO/AZO
‑
X,X=Cu或Ag复合顶电极厚度分别为100
‑
200nm，0
‑
10nm，100
‑
200nm,0
‑
10nm。9.如权利要求 7 所述的一种复合半透明顶电极的薄膜光电器件，其特征在于：复合顶电极的方阻≤10Ω/
□
。10.一种复合半透明顶电极的薄...

【专利技术属性】
技术研发人员：张文君，石磊，付超，
申请(专利权)人：杭州众能光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：