基于三层导电聚合物和栅线电极结构的钙钛矿太阳能电池制造技术

本发明专利技术公开了基于三层导电聚合物和栅线电极结构的钙钛矿太阳能电池，属于钙钛矿电池技术领域，包括自下而上依次的透明导电衬底

【技术实现步骤摘要】
基于三层导电聚合物和栅线电极结构的钙钛矿太阳能电池


[0001]本专利技术属于钙钛矿电池
，具体涉及基于三层导电聚合物和栅线电极结构的钙钛矿太阳能电池
。

技术介绍

[0002]有机
‑
无机杂化钙钛矿太阳能电池具备光电能量转换效率高
、
制备工艺简单等优点，成为研究关注的焦点
。
尽管目前单节钙钛矿太阳能电池已经取得
26.1%
的光电转换效率，但是大部分高性能的钙钛矿太阳能电池的顶层电极集中于小面积的贵重金属
。
一些实验室尝试通过扩大金属电极面积或采用导电金属氧化物（如
ITO
（氧化铟锡）
、FTO
（掺杂氟的
SnO2）等）的方式，增加钙钛矿太阳能电池的有效工作面积，但在实验过程中发现，与小面积钙钛矿太阳能电池相比，器件的光电能量转换效率和稳定性有着明显的下降
。
有研究表明，钙钛矿老化分解产生的蒸汽对电极接触面有持续侵蚀的作用，由于接触面积增大而导致器件的性能衰减明显
。
[0003]工业上的硅基太阳能电池采用栅线电极结构，利用较窄且数量较多的副栅线收集载流子，较宽且数量较少的主栅线连接副栅线，在保证较低遮光比的同时，使其大面积生产时的串联电阻不至于太高，而导致电池的能量转化效率明显降低
。
在钙钛矿太阳能电池中应用栅线电极，理论上能缓解器件的老化问题，并增加有效工作面积
。
[0004]目前钙钛矿太阳能电池中的空穴传输层材料主要以无定形有机半导体材料和半结晶聚合物为主
。
一方面，虽然以
spiro
‑
OMeTAD
（
2,2
′
,7,7
′‑
四（
N
，
N
‑
二
‑
对甲氧基苯基胺）
9,9
′‑
螺二芴）为代表的无定形有机半导体材料的钙钛矿太阳能电池取得了优异的光电转化效率，但由于其无定形结构的电导率低，因此需要掺杂以提升电导率，其掺杂剂中包括对水有高结合能的锂盐，会导致器件非常容易受到湿度的影响
。
尽管半结晶聚合物避免了锂盐的吸湿特性，但是由于其在结晶成膜过程中会形成微小孔洞，容易导致上层材料（如路易斯酸等）及溶剂（如去离子水等）透过孔洞损害钙钛矿，并且钙钛矿老化分解的蒸汽也会透过微小孔洞损害金属电极
。
另一方面，两种空穴传输材料的电导率低，直接接触栅线电极会导致副栅线之间的空穴传输材料与栅线的横向电阻升高，影响载流子的收集
。
[0005]因此，对于以半结晶聚合物为空穴传输层材料的钙钛矿太阳能电池，如何解决半结晶聚合物孔洞问题和横向电阻大的问题是制备稳定栅线电极结构的钙钛矿太阳能电池的核心难点
。

技术实现思路

[0006]针对上述现有技术中的问题，本专利技术提供了基于三层导电聚合物和栅线电极结构的钙钛矿太阳能电池，采用栅线电极结构有效降低电极接触面积，结合三层导电聚合物避免半结晶聚合物孔洞问题和横向电阻大的问题，缓解钙钛矿太阳能电池老化，提升光电能量转换效率和稳定性
。
[0007]本专利技术所采用的技术方案如下：
基于三层导电聚合物和栅线电极结构的钙钛矿太阳能电池，包括自下而上依次的透明导电衬底
、
电子传输层
、
钙钛矿层
、p
‑
型半结晶聚合物层
、p
‑
型无定形导电聚合物层
、
低方块电阻聚合物层和栅线电极结构
。
[0008]进一步地，所述
p
‑
型半结晶聚合物层的材料为
PDCBT、P3HT、PBDB
‑
T、PFBDB
‑
T、PBDB
‑
T
‑
2F、PBDBT
‑
2Cl、P(Cl4)BDB
‑
T、PBDBT
‑
T
‑
SF、J52、J52
‑
2F
或
J52
‑
Cl。
[0009]进一步地，所述
p
‑
型无定形导电聚合物层的材料为被掺杂的
PTAA (
聚
[
双
(4
‑
苯基
) ( 2,4,6
‑
三甲基苯基
)
胺
])
或被掺杂的
spiro
‑
OMeTAD
；其中，
PTAA
与
spiro
‑
OMeTAD
的掺杂剂均为醇溶性有机路易斯酸，具体为
BCF、BTolF、C
‑
BCF、Li
‑
BCF、N
‑
BCF
或
I
‑
BCF。
[0010]进一步地，
PTAA
与掺杂剂的质量比为（
5~30
）：1；
spiro
‑
OMeTAD
与掺杂剂的质量比为（
3~20
）：
1。
[0011]进一步地，所述低方块电阻聚合物层采用方块电阻为
10~100 Ω
/sq
的有机导电材料
。
[0012]进一步地，所述低方块电阻聚合物层的材料具体为
PEDOT:PSS。
[0013]进一步地，所述电子传输层的材料为导电良好的
n
型半导体材料，具体为
SnO2、TiO2、ZnO、C60、PCBM
和
ICBA
中的一种或多种的组合
。
[0014]进一步地，所述透明导电衬底为透明导电玻璃，具体为
FTO
或
ITO。
[0015]进一步地，所述栅线电极结构的材料为
Au、Ag、Pt、Cu
或碳
。
[0016]进一步地，所述栅线电极结构包括至少一个主栅线，以及多个对称设置在主栅线两侧并且一端与对应主栅线相连的副栅线
。
[0017]进一步地，所述主栅线的平均厚度为
5~15 μ
m
，线宽为
200~500 μ
m
；所述副栅线的的平均厚度为 2~5 μ
m
，线宽为
50~130 μ
m
，相邻副栅线之间的间距为
0.1~0.5 cm。
[0018]本专利技术的有益效果为：
1、
本专利技术提出的基于三层导电聚合物和栅线电极结构的钙钛矿太阳能电池，一方面，采用
p
‑
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
基于三层导电聚合物和栅线电极结构的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，包括自下而上依次的透明导电衬底
、
电子传输层
、
钙钛矿层
、p
‑
型半结晶聚合物层
、p
‑
型无定形导电聚合物层
、
低方块电阻聚合物层和栅线电极结构
。2.
根据权利要求1所述基于三层导电聚合物和栅线电极结构的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述
p
‑
型半结晶聚合物层的材料为
PDCBT、P3HT、PBDB
‑
T、PFBDB
‑
T、PBDB
‑
T
‑
2F、PBDBT
‑
2Cl、P(Cl4)BDB
‑
T、PBDBT
‑
T
‑
SF、J52、J52
‑
2F
或
J52
‑
Cl。3.
根据权利要求1所述基于三层导电聚合物和栅线电极结构的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述
p
‑
型无定形导电聚合物层的材料为被掺杂的
PTAA
或被掺杂的
spiro
‑
OMeTAD
；其中，
PTAA
与
spiro
‑
OMeTAD
的掺杂剂均为醇溶性有机路易斯酸，具体为
BCF、BTolF、C
‑
BCF、Li
‑
BCF、N
‑
BCF
或<...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘博文，刘子宜，卢西，职含香，熊杰，赵怡程，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：