[发明专利]一种量子点基异质结太阳能电池有源层的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于光电材料领域，具体涉及一种量子点基异质结太阳能电池有源层的制备方法。

背景技术

随着“清洁、绿色”等可持续发展理念在能源行业的提出，越来越多社会资源投入到如何制造高效、低成本光伏器件研究中。传统硅基太阳能电池的成本回收周期过长，因此开发新型薄膜太阳能电池材料对光伏领域的发展具有重要的指导意义。胶体量子点（Colloidal quantum dots，简称CQDs）优良的理化性质及其溶液可加工性有望在提高以其为有源层（active layer）材料构筑的固态结型太阳能电池光电转换效率的同时大大降低制器件造成本，成为第三代太阳能电池材料研究的热点之一。目前，此类型太阳能电池的光电转换效率已超过10%（Nano Lett., 2016, 16, 4630-4634; Nano Lett., 2015, 15 (11): 7691-7696）。

该类型高效率电池的标准结构为：导电基底/电子传输层/CQDs有源层/空穴传输层/金属电极。其中CQDs构筑的薄膜有源层在电池器件中扮演着重要角色，不仅因其作为吸收层产生光生电子-空穴对，还与电子或空穴传输层相互接触形成内建电场促使电子与空穴的分离。因此，有源层的电学性能、光学性能与微结构之间的关系直接影响整个电池器件的输出性能。如何将溶液中的CQDs最终形成均匀、微结构“紧凑”的薄膜是实现高效率异质结太阳能电池的关键步骤之一。目前制备该类型高性能电池中的有源层标准工艺过程可分为2步骤：（1）旋转涂覆包覆绝缘有机配体的CQDs有机溶液形成薄膜；（2）原位配体交换（Adv. Mater., 2016, 28 (2): 299-304）。在操作过程中，值得注意的是为了保证原子级别配体（一般为卤族原子，如I^-）能最大程度交换原有绝缘配体以钝化量子表面缺陷及增强CQD之间电子跃迁输运性能，在每次旋涂过程中均要进行配体交换工艺。然而每次旋涂CQDs所形成薄膜的厚度有限，这意味着旋转涂覆和配体交换工艺必须进行多次，而且该工艺并不能保证配体交换反应的彻底性。此外，CQDs构筑薄膜的中存在大量的晶界不利于光生载流子在有源层中的传输。

因此，如何在保证配体交换反应完全的同时实现CQDs之间彼此的适度熔接，进而制备出具有高载流子扩散长度的量子点基有源层成为此类太阳能电池获得优良光电转换的关键。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种工艺简单、可重复性好且具有较高载流子扩散长度的量子点基异质结太阳能电池有源层的制备方法。

为解决以上技术问题，本发明的技术方案是：一种量子点基异质结太阳能电池有源层的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

第一步：利用经典热注射法制备高度分散的CQDs，并将其分散在非极性溶剂中制备出一定浓度稳定的CQDs溶液；

第二步：利用喷笔附载CQDs溶液向旋转的导电基底上进行喷涂，形成对应的CQDs薄膜，并随后置于真空烘箱内干燥；

第三步：将涂附有CQDs薄膜的导电基底接直流电源正极，惰性电极接负极，相对而放并同时置于含有碘源的有机溶剂中处理一定时间，处理过程中通过改变有机溶剂的温度并辅以超声振动以获得微结构紧凑的薄膜；

第四步：将薄膜用甲醇清洗干燥即可完成有源层的制备。

所述第一步中高度分散的CQDs表面包覆烷基长碳链分子。

所述烷基长碳链分子为油酸或油胺。

所述第一步中CQDs为无机半导体量子点。

所述无机半导体量子点为CdS、CdSe、CdTe、PbS、PbSe、CuInS₂、CuInSe₂、AgInS₂、AgBiS₂中的一种。

所述第一步中非极性溶剂为甲苯、氯仿或正己烷，所述CQDs溶液的浓度为10～100 mg/ml。

所述第二步中喷涂的步骤为：将导电基底置于匀胶机上以1500～3000 rpm转速进行旋转，同时利用压缩空气驱动0.3～0.5 mm孔径喷笔在40～60 psi压强条件下进行CQDs溶液的喷涂，喷涂总时间控制在3～10 min；所述第二步中真空烘箱的真空度为6×10^-2 Pa，干燥温度为50～60℃，干燥时间为6～12 h；所述导电基底为镀有ZnO薄膜的FTO导电基底或镀有Mo薄膜的导电基底或镀有ZnO薄膜的ITO导电基底。