太阳能电池器件的制备方法
阅读：490发布：2023-03-14
专利汇可以提供太阳能电池器件的制备方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种 太阳能 电池 器件的制备方法，在 阳极 表面形成空穴 缓冲层 ；在所述空穴缓冲层表面形成 活性层 ，所述活性层的材料选自P3HT:PCBM、MODO-PPV:PCBM及MEH-PPV:PCBM中的一种；在所述活性层表面 旋涂 电子 缓冲溶液形成电子缓冲层，所述电子缓冲溶液为电子缓冲材料的 水 溶液，所述电子缓冲材料为氟化铯、叠氮铯或 碳 酸铯；及在所述电子缓冲层表面形成 阴极 。上述 太阳能电池 器件的制备工艺较为简单。，下面是太阳能电池器件的制备方法专利的具体信息内容。
1.一种太阳能电池器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
在阳极表面形成空穴缓冲层；
在所述空穴缓冲层表面形成活性层，所述活性层的材料选自P3HT:PCBM、MODO-PPV:PCBM及MEH-PPV:PCBM中的一种；
在所述活性层表面旋涂电子缓冲溶液形成电子缓冲层，所述电子缓冲溶液为电子缓冲材料的水溶液，所述电子缓冲材料为氟化铯、叠氮铯或碳酸铯；及
在所述电子缓冲层表面形成阴极。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池器件的制备方法，其特征在于：所述电子缓冲层的厚度为5nm～20nm。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池器件的制备方法，其特征在于：所述电子缓冲溶液中电子缓冲材料的质量百分比为0.5％～20％。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池器件的制备方法，其特征在于：所述空穴缓冲层的材料为PEDOT与PSS的混合物。
5.根据权利要求4所述的太阳能电池器件的制备方法，其特征在于：所述PEDOT与PSS的质量比为2∶1～6∶1。
6.根据权利要求1所述的太阳能电池器件的制备方法，其特征在于：所述活性层由活性层溶液旋涂而成，所述活性层溶液由活性层材料溶于溶剂形成，所述溶剂选自甲苯、二甲苯、氯苯及氯仿中的至少一种。
7.根据权利要求6所述的太阳能电池器件的制备方法，其特征在于：所述活性层溶液中活性层材料的浓度为8mg/ml～30mg/ml。
8.根据权利要求1所述的太阳能电池器件的制备方法，其特征在于：所述太阳能电池器件的制备方法还包括步骤：在所述阳极表面形成空穴缓冲层之前对所述阳极进行预处理除去所述阳极表面的污染物。
9.根据权利要求8所述的太阳能电池器件的制备方法，其特征在于：对所述阳极进行预处理除去所述阳极表面的污染物后对所述阳极进行等氧离子处理或UV-臭氧处理。
10.根据权利要求1所述的太阳能电池器件的制备方法，其特征在于：所述阴极的材料为铝、银、金或铂。
太阳能电池器件的制备方法
【技术领域】
[0002] 太阳能电池器件由于具有廉价、清洁、可再生等优点而得到了广泛的应用。目前常用的太阳能电池器件结构包括依次层叠的阳极、空穴缓冲层、活性层、电子缓冲层及阴极。活性层的激子分离产生空穴和电子后，空穴到达阳极，电子到达阴极，从而被电极收集，形成有效的能量转换。
[0003] 目前常用的结构为ITO阳极-空穴缓冲层-活性层-电子缓冲层-阴极，电子缓冲层材料一般为氟化锂(LiF)，可降低电极与活性层之间的能级势垒，有利于电子注入到电极，使电极收集电子的效率提高，而电子缓冲层一般为氟化锂(LiF)，厚度较薄，可提高电子注入能力，但是，这种材料如果太厚，会使器件的串联电阻急速上升，导致大部分的电压降都落在这个区域，最终影响了光电转换效率，而厚度较薄，往往导致成膜性不好，造成电子陷阱，使电子淬灭，最终影响能量转换效率，这就导致了通过蒸镀控制电子缓冲层的厚度的工艺比较苛刻，因此也提高了制备难度。【发明内容】
[0004] 基于此，有必要提供一种制备工艺较为简单的太阳能电池器件的制备方法。
[0005] 一种太阳能电池器件的制备方法，包括以下步骤：
[0006] 在阳极表面形成空穴缓冲层；
[0007] 在所述空穴缓冲层表面形成活性层，所述活性层的材料选自P3HT:PCBM、MODO-PPV:PCBM及MEH-PPV:PCBM中的一种；
[0009] 在所述电子缓冲层表面形成阴极。
[0010] 在优选的实施例中，所述电子缓冲层的厚度为5nm～20nm。
[0011] 在优选的实施例中，所述电子缓冲溶液中电子缓冲材料的质量百分比为0.5％～20％。
[0012] 在优选的实施例中，所述空穴缓冲层的材料为PEDOT与PSS的混合物。
[0013] 在优选的实施例中，所述PEDOT与PSS的质量比为2∶1～6∶1。
[0015] 在优选的实施例中，所述活性层溶液中活性层材料的浓度为8mg/ml～30mg/ml。
[0016] 在优选的实施例中，所述太阳能电池器件的制备方法还包括步骤：在所述阳极表面形成空穴缓冲层之前对所述阳极进行预处理除去所述阳极表面的污染物。
[0019] 上述太阳能电池器件制备方法，通过用铯盐取代氟化锂制备电子缓冲层，旋涂到活性层上面，由于活性层溶液是油溶性溶液，而电子缓冲溶液是水溶性溶液，两者不会产生互相渗透从而影响效率的问题，而用旋涂方法，则可以通过调节溶液浓度来控制膜厚，更有利于电子缓冲层的制备，工艺较为简单；而铯盐对传输电子有积极作用，可以进一步提高器件的能量转换效率。【附图说明】
[0020] 通过附图中所示的本发明的优选实施例的更具体说明，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。
[0021] 图1为一实施例的太阳能电池器件的结构示意图；
[0022] 图2为一实施例的太阳能电池器件的制备方法的流程图；
[0024] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
[0025] 请同时参阅图1和图2，一实施方式的太阳能电池器件100的制备方法，其包括以下步骤：
[0026] 步骤S110、在阳极20表面形成空穴缓冲层30。
[0027] 阳极20为铟锡氧化物玻璃(ITO)、掺氟的氧化锡玻璃(FTO)，掺铝的氧化锌玻璃(AZO)或掺铟的氧化锌玻璃(IZO)。
[0028] 本实施方式中，在阳极20表面形成空穴缓冲层30前首先对阳极20前处理，包括去除阳极20表面的有机污染物及对阳极20进行等氧离子处理或UV-臭氧处理。将阳极20采用洗洁精、去离子水、丙酮、乙醇、异丙酮各超声波清洗15min，以去除基底10表面的有机污染物；对阳极20进行等氧离子处理时间为5min～15min，功率为10～50W；对阳极20进行UV臭氧处理时间为5min～20min。
[0029] 空穴缓冲层30由聚3，4-二氧乙烯噻吩(PEDOT)与聚苯磺酸钠(PSS)的水溶液旋涂在阳极20表面制成。其中PEDOT与PSS的质量比为2∶1～6∶1，优选为6∶1。PEDOT:PSS的质量浓度为1％～5％，优选为1.5％。旋涂后，在100℃～200℃下加热15～
60min，优选的，旋涂后在200℃下加热30min。空穴缓冲层30的厚度为20nm～80nm，优选为40nm。
60min，优选的，旋涂后在200℃下加热30min。空穴缓冲层30的厚度为20nm～80nm，优选为40nm。
[0030] 步骤S120、在空穴缓冲层30表面形成活性层40。
[0031] 活性层40由活性层溶液旋涂在空穴缓冲层30表面制成。活性层溶液由活性层材料溶于溶剂形成，活性层材料的浓度为8mg/ml～30mg/ml，优选为10mg/ml。活性层溶液的溶剂选自甲苯、二甲苯、氯苯及氯仿中的至少一种，优选为氯苯。活性层材料选自P3HT(聚3-己基噻吩):PCBM(富勒烯的丁酸甲酯衍生物)、MODO-PPV(聚2-甲氧基-5-(3，7-二甲基辛氧基)对苯撑乙烯):PCBM及MEH-PPV(聚(2-甲氧基-5-(2′-乙烯基-己氧基)聚对苯乙烯撑):PCBM中的一种，其中，P3HT:PCBM的质量为1∶0.8-1∶1，MODO-PPV:PCBM的质量比为1∶1～1∶4，MEH-PPV:PCBM的质量比为1∶1-1∶4，优选的，活性层材料为质量比为1∶0.8的P3HT:PCBM。旋涂活性层40在充满惰性气体的手套箱中进行，之后在
50℃～200℃下退火5分钟～100分钟，或在室温下放置24～48小时，优选在70℃下退火
45分钟。活性层40的厚度为80nm～300nm，优选为100nm。
50℃～200℃下退火5分钟～100分钟，或在室温下放置24～48小时，优选在70℃下退火
45分钟。活性层40的厚度为80nm～300nm，优选为100nm。
[0032] 步骤S130、在活性层40表面旋涂形成电子缓冲层50。
[0033] 电子缓冲层50由电子缓冲溶液旋涂在活性层40表面形成。电子缓冲溶液中由电子缓冲材料溶于水制成，其中电子缓冲材料为氟化铯(CsF)、叠氮铯(CsN3)或碳酸铯(Cs2CO3)，电子缓冲材料的质量百分比为0.5％～20％。旋涂电子缓冲层50在充满惰性气体的手套箱中进行，之后在20℃～150℃下退火5分钟～60分钟。电子缓冲层50的厚度为5nm～20nm。
[0034] 步骤S140、在电子缓冲层50表面形成阴极60。
[0035] 阴极60由蒸镀形成。阴极60为金属阴极，阴极60的材料为铝(A1)、银(Ag)、金(Au)或铂(Pt)，优选为Al。阴极60的厚度为80nm～250nm，优选为120nm。
[0036] 上述太阳能电池器件制备方法，通过用铯盐取代氟化锂制备电子缓冲层50，旋涂到活性层40上面，由于活性层40是油溶性溶液，而电子缓冲溶液是水溶性溶液，两者不会产生互相渗透从而影响效率的问题，而用旋涂方法，则可以通过调节溶液浓度来控制膜厚，更有利于电子缓冲层的制备，工艺较为简单；而铯盐对传输电子有积极作用，可以进一步提高器件的能量转换效率。
[0037] 以下结合具体实施例对本发明提供的太阳能电池器件的制备方法进行详细说明。
[0038] 本发明实施例及对比例所用到的制备与测试仪器为：高真空镀膜设备(沈阳科学-3仪器研制中心有限公司，压强＜1×10 Pa)、电流-电压测试仪(美国Keithly公司，型号：
2602)、用500W氙灯(Osram)与AM 1.5的滤光片组合作为模拟太阳光的白光光源。
2602)、用500W氙灯(Osram)与AM 1.5的滤光片组合作为模拟太阳光的白光光源。
[0039] 实施例1
[0040] 先将ITO进行光刻处理，剪裁成所需要的大小，依次用洗洁精，去离子水，丙酮，乙醇，异丙醇各超声15min，去除玻璃表面的有机污染物；清洗干净后对导电基底进行氧等离子处理，处理时间为5-15min，功率为10-50W，在上述基底上旋涂形成空穴缓冲层，PEDOT与PSS的重量比为6∶1，质量分数为1.5％，在200℃下加热30min，厚度为40nm；旋涂形成活性层，活性层材料为质量为1∶0.8的P3HT:PCBM，溶剂为氯苯，浓度为10mg/ml，旋涂后70℃下退火45分钟，厚度为120nm；旋涂铯盐水溶液形成电子缓冲层，材料为CsF，浓度为
2％，厚度为10nm，烘干；蒸镀阴极，材料为Ag，厚度为120nm，最后得到所需要的聚合物太阳能电池。
2％，厚度为10nm，烘干；蒸镀阴极，材料为Ag，厚度为120nm，最后得到所需要的聚合物太阳能电池。
[0041] 请参阅图3，所示为实施例1中制备的结构为ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/CsF/Al的太阳能电池器件与传统的采用蒸镀的方法制备电子缓冲层的结构为ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/LiF/Al的太阳能电池器件(其中电子缓冲层LiF的厚度为1nm，其他各层厚度与实施例1是相同)的电流密度与电压关系，表1所示为实施例1中制备的结构为ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/CsF/Al的太阳能电池器件(曲线1)与传统的结构为ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/LiF/Al太阳能电池器件(曲线2)的电流密度、电压、能量转换效率(η)及填充因子数据。
[0042] 表1
[0043]电流密度(mA/cm2) 电压(V) η(％) 填充因子
曲线1 9.57 0.64 1.94 0.32
曲线2 8.02 0.65 1.39 0.27
2
曲线1 9.57 0.64 1.94 0.32
曲线2 8.02 0.65 1.39 0.27
2
[0044] 从表1和图3可以看到，传统的太阳能电池器件的电流密度为8.02mA/cm，而实2
施例1的太阳能电池器件的电流密度提高到了9.57mA/cm，这说明，旋涂铯盐电子缓冲层，可以通过调节溶液浓度来控制膜厚，更有利于缓冲层的制备，提高电子注入效率，而铯盐对传输电子有积极作用，可以进一步提高器件的能量转换效率。常用器件的能量转换效率为
1.39％，而本发明的结构能量转换效率为1.94％。
施例1的太阳能电池器件的电流密度提高到了9.57mA/cm，这说明，旋涂铯盐电子缓冲层，可以通过调节溶液浓度来控制膜厚，更有利于缓冲层的制备，提高电子注入效率，而铯盐对传输电子有积极作用，可以进一步提高器件的能量转换效率。常用器件的能量转换效率为
1.39％，而本发明的结构能量转换效率为1.94％。
[0045] 以下各个实施例的电流密度与电压关系曲线、电流密度、电压、能量转换效率及填充因子都与实施例1相类似，各太阳能电池器件也具有类似的能量转换效率，在下面不再赘述。
[0046] 实施例2
[0047] 先将AZO进行光刻处理，剪裁成所需要的大小，依次用洗洁精，去离子水，丙酮，乙醇，异丙醇各超声15min，去除玻璃表面的有机污染物；清洗干净后对导电基底进行氧等离子处理，处理时间为5-15min，功率为10-50W，在上述基底上旋涂形成空穴缓冲层，PEDOT与PSS的重量比为3∶1，质量分数为5％，在200℃下加热30min，厚度为80nm；旋涂形成活性层，材料为MEH-PPV:PCBM，溶剂为氯苯，浓度为30mg/ml，质量比为1∶4，在50℃下退火100min，厚度为120nm；旋涂铯盐水溶液形成电子缓冲层，材料为CsN3，浓度为0.5％，厚度为5nm，烘干；蒸镀阴极，材料为Ag，厚度为200nm，最后得到所需要的聚合物太阳能电池。
[0048] 实施例3：先将IZO进行光刻处理，剪裁成所需要的大小，依次用洗洁精，去离子水，丙酮，乙醇，异丙醇各超声15min，去除玻璃表面的有机污染物；清洗干净后对导电基底进行氧等离子处理，处理时间为5-15min，功率为10-50W，在上述基底上旋涂形成空穴缓冲层，PEDOT与PSS的重量比为2∶1，质量分数为2.5％，在200℃下加热30min，厚度为20nm；旋涂形成活性层，材料为MEH-PPV:PCBM，溶剂为氯仿，浓度为8mg/ml，质量比为1∶3，在
150℃下退火10min，厚度为150nm；旋涂铯盐水溶液形成电子缓冲层，材料为Cs2CO3，浓度为
20％，厚度为15nm，烘干；蒸镀阴极，材料为Au，厚度为80nm，最后得到所需要的聚合物太阳能电池。
150℃下退火10min，厚度为150nm；旋涂铯盐水溶液形成电子缓冲层，材料为Cs2CO3，浓度为
20％，厚度为15nm，烘干；蒸镀阴极，材料为Au，厚度为80nm，最后得到所需要的聚合物太阳能电池。
[0049] 实施例4：先将FTO进行光刻处理，剪裁成所需要的大小，依次用洗洁精，去离子水，丙酮，乙醇，异丙醇各超声15min，去除玻璃表面的有机污染物；清洗干净后对导电基底进行氧等离子处理，处理时间为5-15min，功率为10-50W，在上述基底上旋涂形成空穴缓冲层，PEDOT与PSS的重量比为4∶1，质量分数为5％，在200℃下加热5min，厚度为50nm；旋涂形成活性层，材料为P3HT:PCBM，溶剂为氯苯，浓度为16mg/ml，质量比为1∶2，在100℃下退火30min，厚度为300nm；旋涂铯盐水溶液形成电子缓冲层，材料为CsF，浓度为15％，厚度为20nm，烘干；蒸镀阴极，材料为Pt，厚度为100nm，最后得到所需要的聚合物太阳能电池。
[0050] 实施例5：先将ITO进行光刻处理，剪裁成所需要的大小，依次用洗洁精，去离子水，丙酮，乙醇，异丙醇各超声15min，去除玻璃表面的有机污染物；清洗干净后对导电基底进行氧等离子处理，处理时间为5-15min，功率为10-50W，在上述基底上旋涂形成空穴缓冲层，PEDOT与PSS的重量比为5∶1，质量分数为4.5％，在150℃下加热20min，厚度为30nm；旋涂形成活性层，材料为P3HT:PCBM，溶剂为氯苯，浓度为20mg/ml，质量比为1∶0.8，在
200℃下退火30min，厚度为80nm；旋涂铯盐水溶液形成电子缓冲层，材料为Cs2CO3，浓度为
5％，厚度为12nm，烘干；蒸镀阴极，材料为Al，厚度为180nm，最后得到所需要的聚合物太阳能电池。
200℃下退火30min，厚度为80nm；旋涂铯盐水溶液形成电子缓冲层，材料为Cs2CO3，浓度为
5％，厚度为12nm，烘干；蒸镀阴极，材料为Al，厚度为180nm，最后得到所需要的聚合物太阳能电池。
| 标题 | 发布/更新时间 | 阅读量 |
|---|---|---|
| 太阳能电池 | 2020-05-12 | 734 |
| 太阳能电池 | 2020-05-12 | 913 |
| 太阳能电池 | 2020-05-13 | 20 |
| 一种可提高太阳光能利用率的组合太阳能电池 | 2020-05-11 | 445 |
| 单晶硅太阳能电池表面微区可控修饰工艺 | 2020-05-12 | 162 |
| 一种碲锌镉/单晶硅叠层太阳能电池 | 2020-05-11 | 619 |
| 具有渐变带隙结构的碲锌镉薄膜太阳能电池 | 2020-05-12 | 938 |
| 机械组装太阳能电池 | 2020-05-11 | 657 |
| 集成薄膜太阳能电池组件的制备方法 | 2020-05-11 | 740 |
| 太阳能电池 | 2020-05-12 | 638 |
高效检索全球专利专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台，是提供专利分析，专利查询，专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。
我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据，免费查、免费专利分析。
分析报告
专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析，涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度，系统通过AI智能系统对图表进行解读，只需1分钟，一键生成行业专利分析报告。
太阳能电池热门专利
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈