[发明专利]一种基于纳米晶复合中心的叠层太阳能电池及其制备方法

摘要

本发明公开了一种基于纳米晶复合中心的叠层太阳能电池及其制备方法。具体而言，该制备方法包括以下三步1）前置子电池的制备；2）复合中心的制备；以及3）后置子电池的制备。本发明采用硫化铅纳米晶作为复合中心的空穴传输层，既具备溶剂法制程操作简单的特点，又具备传统溶剂法材料所欠缺的器件稳定性；新型复合中心与硫化铅胶体量子点太阳能电池体系更加兼容，其效率远远高于目前已报道的硫化铅量子点叠层器件；整个制备过程的温度控制在140℃以内，且均在空气中进行，工艺简单，无需惰性气体氛围。本发明的制备方法突破了现有的技术瓶颈，为进一步提升器件的光电转化效率以及促进其商业化发展提供了一定的指导作用。

主权项

一种基于纳米晶复合中心的叠层太阳能电池的制备方法，其包括以下步骤：1）前置子电池的制备：按照二水合乙酸锌:2‑甲氧基乙醇:乙醇胺=50~1000mg:1~10mL:10~1000μL的比例，将上述三种组分混合并搅拌均匀，得到氧化锌前驱体溶液，然后将其旋涂于氧化铟锡导电玻璃上，在相对湿度为90%的条件下于140℃退火10分钟，得到溶胶‑凝胶法氧化锌层，其中所述溶胶‑凝胶法氧化锌层的厚度为40~100nm；将粒径为2~5nm的硫化铅量子点配制成浓度为20~40mg/mL的正己烷溶液，并旋涂于所述溶胶‑凝胶法氧化锌层上，然后在浓度为10~60mg/mL的四丁基碘化铵的甲醇溶液中浸润0.5~2分钟，经甲醇清洗后重复旋涂1~4层，得到以四丁基碘化铵为配体的硫化铅量子点层，完成前置子电池的制备，其中所述以四丁基碘化铵为配体的硫化铅量子点层的厚度为40~100nm；2）复合中心的制备：将粒径为2~5nm的硫化铅量子点配制成浓度为20~40mg/mL的正己烷溶液，并旋涂于步骤1）中所述以四丁基碘化铵为配体的硫化铅量子点层上，然后在浓度为0.0001~0.01M的乙二硫醇的乙腈溶液中浸润10~60秒，经乙腈清洗后重复旋涂1~4层，得到以乙二硫醇为配体的硫化铅量子点层，其中所述以乙二硫醇为配体的硫化铅量子点层的厚度为40~100nm；采用电子束沉积的方法，在所述以乙二硫醇为配体的硫化铅量子点层上沉积金膜，其中所述金膜的厚度为0.5~2nm；按照氢氧化钾:二水合乙酸锌=0.04~4:1的质量比，将氢氧化钾的甲醇溶液逐滴加入到二水合乙酸锌的甲醇溶液中，于50~80℃加热0.5~4小时，经离心分离、甲醇清洗后，采用以丁醇:氯仿:甲醇=1~30:1~30:1~30的体积比混合的混合溶剂，配制成浓度为10~40mg/mL的氧化锌纳米晶共溶液；将所述氧化锌纳米晶共溶液旋涂于所述金膜上，并于100℃退火5分钟，待冷却后再次旋涂所述氧化锌纳米晶共溶液，并于100℃退火10分钟，然后在浓度为10~60mg/mL的四丁基碘化铵的甲醇溶液中浸润0.5~2分钟，经甲醇清洗，得到掺杂四丁基碘化铵的氧化锌纳米晶层，完成复合中心的制备，其中所述掺杂四丁基碘化铵的氧化锌纳米晶层的厚度为40~150nm；3）后置子电池的制备：将粒径为2~5nm的硫化铅量子点配制成浓度为20~40mg/mL的正己烷溶液，并旋涂于步骤2）中所述掺杂四丁基碘化铵的氧化锌纳米晶层上，然后在浓度为10~60mg/mL的四丁基碘化铵的甲醇溶剂中浸润0.5~2分钟，经甲醇清洗后重复旋涂3~8层，得到后置子电池中以四丁基碘化铵为配体的硫化铅量子点层，其中所述后置子电池中以四丁基碘化铵为配体的硫化铅量子点层的厚度为150~400nm；将粒径为2~5nm的硫化铅量子点配制成浓度为20~40mg/mL的正己烷溶液，并旋涂于所述后置子电池中以四丁基碘化铵为配体的硫化铅量子点层上，然后在浓度为0.0001~0.01M的乙二硫醇的乙腈溶液中浸润10~60秒，经乙腈清洗后重复旋涂1~4层，得到后置子电池中以乙二硫醇为配体的硫化铅量子点层，其中所述后置子电池中以乙二硫醇为配体的硫化铅量子点层的厚度为40~100nm；采用电子束沉积的方法，在所述后置子电池中以乙二硫醇为配体的硫化铅量子点层上沉积金电极，即得基于纳米晶复合中心的叠层太阳能电池，其中所述金电极的厚度为50~150nm。