本發(fā)明涉及光伏器件領(lǐng)域，具體而言，本發(fā)明涉及一種利用雙波段吸收策略制備太陽(yáng)能電池的方法，以及由其制備的太陽(yáng)能電池。

背景技術(shù)：

1、太陽(yáng)能電池是將光能轉(zhuǎn)化為電能的電化學(xué)裝置。太陽(yáng)光譜中，除了可見(jiàn)光區(qū)以外，紫外線(xiàn)光子數(shù)量有限，對(duì)應(yīng)器件理論光電轉(zhuǎn)換效率低于7％。此外，超過(guò)一半的太陽(yáng)能分布在近紅外區(qū)域。因此，有效利用紫外和近紅外區(qū)域太陽(yáng)光的光伏器件可以實(shí)現(xiàn)更高的效率。

2、透明太陽(yáng)能電池是一種很有潛力的光伏技術(shù)，可用于建筑、溫室和其他領(lǐng)域的集成光伏系統(tǒng)，同時(shí)又不影響其美觀(guān)。理想的透明光伏(tpv)器件應(yīng)主要吸收紫外線(xiàn)(uv)和近紅外(nir)光，允許可見(jiàn)光通過(guò)。此外，器件也需要產(chǎn)生高的光電流和光電轉(zhuǎn)換效率(pce)。降低可見(jiàn)光吸收會(huì)顯著降低器件光電流和pce，因此平衡器件的pce和平均可見(jiàn)光透過(guò)率(avt)至關(guān)重要。為了保持較高的pce，大多數(shù)研究都集中在半透明太陽(yáng)能電池(avt<50％)上，但高透明太陽(yáng)能電池(avt>50％)，特別是avt>70％，在實(shí)際建筑行業(yè)和其他特殊場(chǎng)合有重要應(yīng)用。對(duì)于tpv設(shè)備來(lái)說(shuō)，一個(gè)值得注意的挑戰(zhàn)是當(dāng)avt超過(guò)60％時(shí)pce急劇下降。到目前為止，avt超過(guò)70％的tpv主要使用全uv或全nir吸收的活性層材料。雙波段吸收的器件對(duì)材料的吸收邊緣和光伏性能有很高的要求。

3、目前的高透明太陽(yáng)能電池，尤其是avt超過(guò)70％的tpv器件，使用的活性層主要為全紫外區(qū)吸收或者全近紅外區(qū)吸收的材料，對(duì)太陽(yáng)光譜的整體利用率較低。例如，文獻(xiàn)1“l(fā)ead?halide?ultraviolet-harvesting?transparent?photovoltaics?with?anefficiency?exceeding?1％”(dianyi?liu等，acs?appl.energy?mater.2019,2,3972-3978)使用全紫外區(qū)吸收的材料，最終器件實(shí)現(xiàn)avt為70.7％，pce為1.22％。文獻(xiàn)2“designof?uv-absorbing?donor?molecules?for?nearly?imperceptible?organic?solar?cells”(melissa?l.ball等，acs?energy?lett.2022,7,180-188)使用紫外區(qū)吸收材料，制備得到的tpv器件avt為80.3％-82.0％，pce為0.43-0.70％。

4、在另一些現(xiàn)有技術(shù)的透明太陽(yáng)能電池中，常使用聚合物材料作為活性層，相比于小分子材料，其批次穩(wěn)定性較差，合成復(fù)雜。例如，文獻(xiàn)3“balancing?efficiency?andtransparency?in?organic?transparent?photovoltaics”(ruiqian?meng等，npjflexible?electronics(2022)6:39)使用近紅外吸收的ptb7-th:ieico-4f作為活性層材料。當(dāng)器件avt分別超過(guò)70％和80％時(shí)，對(duì)應(yīng)的器件pce可以達(dá)到4.06％和2.38％。

5、目前報(bào)道的雙波段吸收的透明太陽(yáng)能電池較少。文獻(xiàn)4“vacuum-depositedtransparent?organic?photovoltaics?for?efficiently?harvesting?selectiveultraviolet?and?near-infrared?solar?energy”(meng-zhen?li等，sol.rrl?2021,5(3),2000564)公開(kāi)了在avt大于70％的高透明太陽(yáng)能電池中實(shí)現(xiàn)雙波段吸收，但使用的是近紅外吸收的材料作為給體，紫外吸收的材料作為受體。并且該組活性層材料均需要使用蒸鍍的方式進(jìn)行，提高了應(yīng)用的成本。為了實(shí)現(xiàn)整個(gè)器件的avt大于70％，該工作中使用的電極也為蒸鍍的cu:ag/wo3復(fù)合電極，需要對(duì)電極中材料的比例進(jìn)行精確的調(diào)控，此外器件實(shí)現(xiàn)的pce僅為1.34％。

6、文獻(xiàn)5“highly?efficient?semitransparent?solar?cells?with?selectiveabsorption?and?tandem?architecture”(lijian?zuo等，adv.mater.2019,1901683)也公開(kāi)了使用雙波段吸收制備太陽(yáng)能電池的方法。其通過(guò)使用fapbbr2.43cl0.57和ptb7-th:6tic-4f分別用于吸收uv和nir光，構(gòu)建了pce為10.7％、avt為52.91％的器件。但使用的是疊層器件的工藝，增加了器件制備的復(fù)雜程度，增加了應(yīng)用成本。而且，其用于avt不到70％但高于50％的透明太陽(yáng)能電池中。

7、因此，仍然持續(xù)需求制備具有平衡的pce和平均可見(jiàn)光透過(guò)率(avt)的太陽(yáng)能電池。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種雙波段吸收制備太陽(yáng)能電池的方法，從而可以充分利用紫外和近紅外區(qū)域太陽(yáng)光的能量。

2、本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供通過(guò)上述方法制備的太陽(yáng)能電池。

3、根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，其提供了一種雙波段吸收制備太陽(yáng)能電池的方法，該方法包括以下步驟：

4、s1)分別用表面活性劑、洗滌劑對(duì)導(dǎo)電底電極進(jìn)行超聲清洗，以得到處理后的底電極層；

5、s2)將空穴傳輸材料用稀釋劑稀釋?zhuān)吭诓襟Es1)中處理后的底電極層上，然后退火，從而在處理后的底電極層上形成空穴傳輸層；

6、s3)將第一活性材料和第二活性材料溶解在第一溶劑中，旋涂在步驟s2)中的空穴傳輸層上，之后在50-200℃下進(jìn)行退火處理或者在20-50℃下使用第二溶劑蒸汽處理，從而在步驟s2)的產(chǎn)物上進(jìn)一步制備吸光活性層；

7、其中，所述第一活性材料是吸收截止波長(zhǎng)在600nm以下的小分子，且所述第二活性材料是在近紅外區(qū)有吸收的小分子材料，其吸收波長(zhǎng)可至800nm-1500nm；

8、其中，溶劑蒸汽處理包括，將第二溶劑加入玻璃培養(yǎng)皿中直至蒸汽飽和，然后將旋涂后的活性層薄膜放在另外空白的培養(yǎng)皿蓋的背面，并迅速將放至了活性層薄膜的所述培養(yǎng)皿蓋與含有第二溶劑飽和蒸汽的培養(yǎng)皿蓋交換，持續(xù)0秒-300秒，優(yōu)選1-300秒，更優(yōu)選10-120秒后，從培養(yǎng)皿中取出薄膜，以得到吸光活性層；

9、s4)將電子傳輸材料旋涂在步驟s3)的產(chǎn)物上，從而在步驟s3)的產(chǎn)物上進(jìn)一步制備電子傳輸層；

10、s5)利用pdms將頂電極轉(zhuǎn)印到步驟s4)中得到的電子傳輸層上，制成太陽(yáng)能電池。

11、其中，所述表面活性劑是本領(lǐng)域已知用于洗滌的常規(guī)表面活性劑。

12、所述洗滌劑是本領(lǐng)域已知用于洗滌的試劑，例如包括去離子水、乙醇、異丙醇或其混合物，優(yōu)選為去離子水和異丙醇。

13、所述稀釋劑是本領(lǐng)域已知用于稀釋的試劑，例如包括乙醇、水。

14、根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，其中，所述底電極選自ito底電極、fto底電極、azo底電極、agnw或碳電極。

15、根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，其中，所述空穴傳輸材料選自pedot：pss、moo3、cui、cupc、znpc、tiopc、pf8-taa、pif8-ptaa、ptaa、ptb7、alq3、cuscn、pfo、cuins2、niox、wox，spiro-ometad中的一種或一種以上的混合材料。

16、根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，其中，所述第一活性材料是tpd-2tpa，所述第二活性材料是y6。

17、活性層材料tpd-2tpa的截止吸收波長(zhǎng)為500nm，帶隙為2.48ev，主要吸收紫外區(qū)域的光，y6吸收波長(zhǎng)可至1000nm，主要吸收近紅外區(qū)域的光，將兩種材料結(jié)合，活性層薄膜即可同時(shí)吸收紫外和近紅外的光，在制備透明光伏電池的情況下，能避開(kāi)人眼視覺(jué)響應(yīng)的可見(jiàn)光區(qū)域，最終在提高器件的avt時(shí)，提高對(duì)光譜的利用率，提高器件的光電轉(zhuǎn)換效率。

18、而且，使用的活性層材料為全小分子的器件，制備成本較低，純化方法簡(jiǎn)單，材料的分子量明確，材料的批次穩(wěn)定性以及最終器件的穩(wěn)定性較好。而且，使用全小分子材料的活性層來(lái)進(jìn)行雙波段吸收，其吸收范圍有效地避開(kāi)了人眼的強(qiáng)光譜相應(yīng)區(qū)域。

19、活性層薄膜使用的是體異質(zhì)結(jié)的結(jié)構(gòu)，相比疊層電池而言，器件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易制造。

20、由于活性層薄膜在室溫溶劑蒸汽處理以及退火條件下均可得到性能較好的光伏薄膜，所以器件工藝既可用于構(gòu)建剛性器件，也可制備柔性器件，拓寬了應(yīng)用領(lǐng)域。

21、根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，其中，在步驟s3)中使用的第一溶劑選自氯仿、cb、和甲苯；第二溶劑選自氯仿、thf、cb、cs2和甲苯；所述第一溶劑的濃度為10-25mg/ml；第二溶劑的濃度為使得其在培養(yǎng)皿中蒸汽飽和即可；所述第一活性材料與第二活性材料的質(zhì)量比為1:4至4:1；退火溫度130-150℃；且非必須地進(jìn)一步添加活性層的添加劑，所述活性層的添加劑為0.5％-3％體積比的氯萘。

22、根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，其中，所述電子傳輸材料選自pdino、bcp、zno、mgo、sno2、tio2、zro2、nb2o3、al2o3、peie、pfn-br、pfso3na、pfn/pfbt、alq3中一種或一種以上的混合材料。

23、根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，其中，所述電子傳輸層和空穴傳輸層位置可以互換。

24、根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，其中，所述頂電極選自ph1000:agnws、ph1000、agnws、cunws、ito、碳納米管、石墨烯等的一種或一種以上的混合材料。

25、根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，其中，所述步驟s5)通過(guò)以下方式進(jìn)行：將agnws加入ph1000的溶液中形成混合液，混合完成后旋涂于pdms之上，將旋涂有ph1000:agnws的pdms倒置，壓在步驟s4)中得到的電子傳輸層上；取下pdms，制成太陽(yáng)能電池。

26、由此，使用的ph1000:ag?nws電極可以在室溫條件下進(jìn)行制備，降低了生產(chǎn)制造的成本。此外，該電極中的材料比例不需要精確的控制。

27、根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，其中，所述太陽(yáng)能電池是不透明或者透明太陽(yáng)能電池。

28、根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，其中，所述太陽(yáng)能電池是柔性透明太陽(yáng)能電池。

29、根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，所述方法具體包括：

30、s11)分別用表面活性劑、去離子水和異丙醇對(duì)ito基板進(jìn)行超聲清洗，以得到ito底電極層；

31、s12)將4083用乙醇或水等溶劑稀釋?zhuān)?000rpm旋涂在清洗好的ito基底上，然后在150℃退火10min，以得到pedot:pss(4083)空穴傳輸層；

32、s13)將tpd-2tpa和y6溶解在氯仿溶劑中，并以2000rpm旋涂在4083基底上，最高效率的器件中使用的活性層條件是總濃度為18mg/ml，給體和受體的質(zhì)量比例為1：1，未加添加劑；并使用退火處理或者溶劑蒸汽處理制得吸光活性層；

33、其中，退火處理包括，將旋涂后得到的活性層薄膜放置在140℃的熱臺(tái)上進(jìn)行退火處理，以得到吸光活性層；

34、溶劑蒸汽處理包括，在室溫下將氯仿(2ml)加入玻璃培養(yǎng)皿中，并將培養(yǎng)皿關(guān)閉5分鐘以使蒸汽飽和，將旋涂后的活性層薄膜放在另外空白的培養(yǎng)皿蓋的背面，并迅速將蓋與含有氯仿的培養(yǎng)皿蓋交換，持續(xù)30秒后，從培養(yǎng)皿中取出薄膜，以得到吸光活性層；

35、s14)將pdino以3000rpm旋涂在活性層上以得到pdino電子傳輸層；

36、s15)將ag(60nm)以的速度沉積在頂部；以得到不透明太陽(yáng)能電池；或者

37、使用室溫下制備的ph1000:ag?nws電極，將agnws加入ph1000的溶液中形成混合液，混合完成后旋涂于pdms之上，將旋涂有ph1000:agnws的pdms倒置，壓在得到的轉(zhuǎn)印電極前的器件上；取下pdms，以得到透明太陽(yáng)能電池。

38、根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，其提供了根據(jù)上述制備方法制備的太陽(yáng)能電池。

39、有益效果

40、本發(fā)明使用的兩種活性層材料可吸收紫外區(qū)域和近紅外區(qū)域的光，并避開(kāi)人眼視覺(jué)響應(yīng)的可見(jiàn)光區(qū)域，通過(guò)利用非可見(jiàn)光提高器件的光電轉(zhuǎn)換效率。且在制備得到高效率太陽(yáng)能電池的情況下，還能夠提高電池的平均可見(jiàn)光透光率。