科创中国

本发明公开了一种有机-二维晶体-无机杂化的异质结太阳能电池器件及其制备方法,太阳能电池器件从下至上依次包括金属背电极、n型硅基衬底、共轭有机物与二维层状纳米晶体材料均匀混合的有机共轭薄膜、以及金属栅电极。本发明在硅基衬底的表面旋涂二维层状纳米晶体材料与共轭有机物的混合溶液,或者直接分别依次旋涂不同浓度的二维层状纳米晶体材料与共轭有机物到硅基衬底的表面作为空穴传输层,通过对有机-无机物杂化异质结的修饰改性提高电池的稳定性,增强了太阳能电池的电荷传输能力,对表面态密度缺陷进行有效的改善,操作简单易于工业化生产。

为了改善SiOX钝化层带来的缺陷处理的不足，本发明基于烷基钝化处理研究表面，硅表面有机分子修饰钝化生成的是单分子有机钝化层，具有非常好的可控性；其次，有机单分子钝化层具有非常好的稳定性，随着电池工作时间的增加，其单分子钝化层不会有任何变化，甚至可以耐强酸强碱和高温。实验结果证明这种方法制备的烷基化硅表面具有较高的烷基覆盖率和化学稳定性，通过对其表面进行钝化处理使其表面的能级结构、缺陷态密度、载流合速率和化学稳定性得到了有效的调控。然而由于烷基覆盖率并不能完全达到100%的理想效果，缺陷态的密度并未得到完全的缩减，最高效率在也只10%左右。有鉴于此，本发明的目的在于提供一种有机-二维晶体-无机杂化的异质结太阳能电池器件及其制备方法，其为在空气中高效、稳定的二维层状纳米晶体材料掺杂共轭有机物-无机半导体结构的杂化太阳电池器件，以共轭有机物(如聚3,4二氧乙烯噻吩：聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS))作空穴传输层，以n型平面硅作为电子传输层，以Bi2Te3，Bi2Se3，Sb2Te3，CoS2等二维纳米晶体材料掺杂于空穴传输层。

本发明涉及太阳能电池技术领域，特别是涉及一种有机-二维晶体-无机杂化的异质结太阳能电池器件及其制备方法。

背景技术

随着经济的快速发展，石油、煤炭、天然气以及其他不可再生的资源已日益减少。研究和使用可再生资源变得越来越重要。现在已经有很多种可再生资源，比如核能、太阳能、生物能、水电能、风能、地热能和潮汐能。在众多新能源中，太阳能以其蕴藏量丰富，无地域限制，清洁无污染，增长最快速，环境最友好，且取之不尽等独特的优势成为研发和利用新能源的焦点。随着科技的发展，一系列的太阳能设备纷纷投入市场，而太阳能电池却以其能够最大限度获得并利用太阳能而成为最重要的光电产品。在过去的几十年里，光电产业不断的快速增长，如今，使用低成本材料以及简单制造工艺的光电结构已经引起了越来越多的关注及兴趣。

由于硅材料的原料成本低廉，储备丰富、化学稳定、工艺成熟等优点，在大规模应用和工业生产中，以单晶硅和非晶硅为主的第一代硅基太阳能电池仍占据主导地位。单晶硅太阳能电池转换效率无疑是最高的，但由于受单晶硅材料价格及电池工艺影响，一方面单晶硅电池对硅片的纯度要求高(99.999%)，而硅的价格与其纯度成指数上升，致使单晶硅成本价格居高不下；另一方面，电池制作工艺繁琐，使其大规模的商业应用受到了限制，要想大幅度降低其成本是非常困难的。而非晶硅具有光疲劳效应，故其太阳能电池的光电转换效率随光照而衰减[参见专利，专利号CN101262024A]。近年来，为了降低成本，简化工艺，得到高效且稳定的太阳能电池，许多研究者从各个方面对其进行了研究，其中，使用二维层状纳米晶体材料对太阳能电池进行修饰，可以提高太阳能电池的电荷传输能力，降低电池内部的缺陷态密度，一定程度上提高了太阳能电池的效率，为太阳能电池的发展带来了新的希望。

本发明基于烷基钝化处理研究表面，硅表面有机分子修饰钝化生成的是单分子有机钝化层，具有非常好的可控性。

发明人：张杰 孙宝全 鲍桥梁 苏州大学坐落于素有“人间天堂”之称的历史文化名城苏州，是国家“211工程”“2011计划”首批入列高校，是教育部与江苏省人民政府共建“双一流”建设高校、国家国防科技工业局和江苏省人民政府共建高校，是江苏省属重点综合性大学。苏州大学前身是Soochow University（东吴大学，1900年创办），开现代高等教育之先河，融中西文化之菁华，是中国最早以现代大学学科体系举办的大学。在中国高等教育史上，东吴大学是最早开展研究生教育并授予硕士学位、最先开展法学（英美法）专业教育，也是第一家创办学报的大学。1952年中国大陆院系调整，由东吴大学之文理学院、苏南文化教育学院、江南大学之数理系合并组建苏南师范学院，同年更名为江苏师范学院。1982年，学校更复名苏州大学（Soochow University）。

本发明有机-二维晶体-无机杂化的异质结太阳能电池器件及其制备方法在硅基衬底的表面旋涂二维层状纳米晶体材料与共轭有机物的混合溶液，或者直接分别依次旋涂不同浓度的二维层状纳米晶体材料与共轭有机物到硅基衬底的表面作为空穴传输层，通过对有机-无机物杂化异质结的修饰改性提高电池的稳定性，增强了太阳能电池的电荷传输能力，对表面态密度缺陷进行有效的改善，操作简单易于工业化生产。

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