本申請要求于2014年7月22日在韓國知識產(chǎn)權(quán)局提交的韓國專利申請第10-2014-0092764號的優(yōu)先權(quán)和權(quán)益，其全部內(nèi)容通過引用并入本文。

本說明書涉及太陽能電池。

背景技術(shù)：

通常，太陽能電池是將太陽的光能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。太陽能電池是使用作為無窮能量來源的太陽光來發(fā)電的裝置，代表性的太陽能電池是已在日常生活中廣泛使用的硅太陽能電池，并且近來已經(jīng)對作為下一代太陽能電池的染料敏化太陽能電池進行了研究。染料敏化太陽能電池是光電化學(xué)太陽能電池，其具有比現(xiàn)有硅太陽能電池更高的效率和低得多的每單元制造成本，因此具有替代現(xiàn)有硅太陽能電池的可能性。

染料敏化太陽能電池由位于洛桑的瑞士國家高等技術(shù)研究所(Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne，EPFL)的Michael Gratzel等人的研究團隊于1991年代表性地報道(參見美國專利第5,350,644號“光伏電池”)。在結(jié)構(gòu)方面，染料敏化太陽能電池的兩個電極之一為包括在其上形成有半導(dǎo)體層的透明導(dǎo)電基底的光電極，在所述半導(dǎo)體層上吸附有光敏染料，并且兩個電極之間的空間填充有電解質(zhì)。

下面，染料敏化太陽能電池的工作原理是基于當(dāng)太陽能被吸收到吸附在電極的半導(dǎo)體層上的光敏染料中以產(chǎn)生光電子時，光電子通過半導(dǎo)體層傳導(dǎo)，從而被轉(zhuǎn)移到其中形成有透明電極的導(dǎo)電透明基底，并且已經(jīng)失去電子并因此被氧化的染料通過包含于電解質(zhì)中的氧化/還原對被還原。同時，通過外部電線到達作為相對電極的對電極的電子再次還原經(jīng)氧化的電解質(zhì)的氧化/還原對，以完成太陽能電池的工作過程。

同時，與現(xiàn)有太陽能電池相比，染料敏化太陽能電池包括多個界面，例如半導(dǎo)體和染料之間的界面、半導(dǎo)體和電解質(zhì)之間的界面、半導(dǎo)體和透明電極之間的界面，以及電解質(zhì)和對電極之間的界面，并且理解和控制每個界面處的物理化學(xué)作用是染料敏化太陽能電池技術(shù)的實現(xiàn)關(guān)鍵。此外，染料敏化太陽能電池的能量轉(zhuǎn)換效率與通過太陽能吸收產(chǎn)生的光電子的量成比例，并且為了產(chǎn)生大量的光電子，需要制造光電極，其包括可以增加被吸附的染料分子量的結(jié)構(gòu)。

同時，根據(jù)用于染料敏化太陽能電池的電解質(zhì)的特性，其可以分為液體電解質(zhì)、凝膠型電解質(zhì)和固體電解質(zhì)。當(dāng)通過使用液體電解質(zhì)制造太陽能電池時，具有提高了能量轉(zhuǎn)換效率的優(yōu)點，而存在的缺點是，包含于液體電解質(zhì)中的溶劑可能根據(jù)外部溫度的增加或太陽能電池的密封狀態(tài)而泄漏或揮發(fā)，從而降低太陽能電池的壽命。相反，當(dāng)通過使用固體電解質(zhì)制造太陽能電池時，不會發(fā)生電解質(zhì)的泄漏或揮發(fā)問題，但是存在能量轉(zhuǎn)換效率通常下降的缺點，從而在太陽能電池應(yīng)用中導(dǎo)致困難。因此，需要開發(fā)新的電解質(zhì)或者開發(fā)并應(yīng)用可代替電解質(zhì)的新材料以解決上述缺點。

通常，釕(Ru)金屬絡(luò)合物已廣泛用作用于染料敏化太陽能電池的染料，但是釕金屬絡(luò)合物的缺點在于，釕金屬絡(luò)合物非常昂貴且難以純化。此外，包含釕金屬的有機染料吸附到半導(dǎo)體層上需要至少2小時至多至24小時的長吸附時間，因此缺點在于，增加了制造過程所花費的時間，并且存在僅當(dāng)半導(dǎo)體層的厚度為至少約10μm時才獲得高能量轉(zhuǎn)化效率的局限性。因此，已經(jīng)嘗試使用除了釕金屬絡(luò)合物以外的染料，但是即使在這些情況下，當(dāng)半導(dǎo)體層的厚度為約10μm時，也只獲得了最大約3％的能量轉(zhuǎn)化效率，因而存在當(dāng)半導(dǎo)體層的厚度薄于10μm時未獲得高能量化換效率的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

技術(shù)問題

本說明書已經(jīng)致力于提供一種太陽能電池。

技術(shù)方案

本說明書的一個示例性實施方案提供了一種太陽能電池，其包括：陽極；設(shè)置成面對所述陽極的陰極；以及設(shè)置在所述陽極和所述陰極之間的光活性層，所述光活性層包含具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的化合物，

其中至少一個第一有機材料層和至少一個第二有機材料層交替地設(shè)置在陽極和光活性層之間，所述第一有機材料層包含由以下化學(xué)式1表示的化合物，所述第二有機材料層包含HOMO能級為-5eV或更小的空穴傳輸材料。

[化學(xué)式1]

在化學(xué)式1中，

R1至R6各自獨立地選自氫、鹵素基團、腈基、硝基、磺?；?、亞砜基、磺酰胺基、磺酸酯基、三氟甲基、酯基、酰胺基、經(jīng)取代或未經(jīng)取代的直鏈或支鏈的C1至C12烷氧基、經(jīng)取代或未經(jīng)取代的直鏈或支鏈的C1至C12烷基、經(jīng)取代或未經(jīng)取代的直鏈或支鏈的C2至C12烯基、經(jīng)取代或未經(jīng)取代的芳香族或非芳香族雜環(huán)基、經(jīng)取代或未經(jīng)取代的芳基、經(jīng)取代或未經(jīng)取代的單芳基胺基或二芳基胺基以及經(jīng)取代或未經(jīng)取代的芳烷基胺基。

有益效果

根據(jù)本說明書的一個示例性實施方案的太陽能電池表現(xiàn)出優(yōu)異的光電轉(zhuǎn)化效率。

根據(jù)本說明書的一個示例性實施方案的太陽能電池由于包含由化學(xué)式1表示的化合物的有機材料層而具有優(yōu)異的電子運動，因此表現(xiàn)出高效率。

根據(jù)本說明書的一個示例性實施方案的太陽能電池，其優(yōu)點在于，由于光吸收而處于激發(fā)態(tài)的電子可以平穩(wěn)地移動到電極。

根據(jù)本說明書的一個示例性實施方案的太陽能電池，當(dāng)通過使用具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的化合物形成光活性層時，使諸如針孔的缺陷部分最小化并形成光活性，從而實現(xiàn)優(yōu)異的性能。

根據(jù)本說明書的一個示例性實施方案的太陽能電池，從陽極注入的電子可以容易地與形成于光活性層中的空穴復(fù)合以實現(xiàn)高效率。

附圖說明

圖1和圖2示出根據(jù)本說明書的一個示例性實施方案的太陽能電池的堆疊結(jié)構(gòu)。

圖3示出如實施例1中形成的光活性層根據(jù)波長的光吸收和根據(jù)實施例1制造的器件的外部照片。

圖4示出了如實施例1中制造的光活性層的表面的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像。

圖5示出了根據(jù)實施例2-1制造的太陽能電池和根據(jù)比較例1制造的太陽能電池的電壓-電流密度的測量結(jié)果。

圖6示出了根據(jù)實施例2-2制造的太陽能電池的電壓-電流密度的測量結(jié)果。

圖7示出了實施例2-2中的太陽能電池的截面的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像。

圖8示出了根據(jù)實施例2-3制造的太陽能電池的電壓-電流密度的測量結(jié)果。

圖9示出了根據(jù)實施例2-4制造的太陽能電池的電壓-電流密度的測量結(jié)果。

具體實施方式

在本說明書中當(dāng)一個構(gòu)件設(shè)置在另一個構(gòu)件“上”時，這不僅包括一個構(gòu)件與另一個構(gòu)件相接觸的情況，還包括在兩個構(gòu)件之間還存在另一個構(gòu)件的情況。

在本說明書中當(dāng)一個部件“包括”一個組成元件時，除非另有明確描述，否則這并不意味著排除了另一個組成元件，而是指還可以包括另一個組成元件。

下文中，將更詳細地描述本說明書。

本說明書的一個示例性實施方案提供了一種太陽能電池，其包括：陽極；設(shè)置成面對陽極的陰極；以及設(shè)置在陽極和陰極之間的光活性層，所述光活性層包含具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的化合物，

其中至少一個第一有機材料層和至少一個第二有機材料層交替地設(shè)置在陽極和光活性層之間，所述第一有機材料層包含由以下化學(xué)式1表示的化合物，所述第二有機材料層包含HOMO能級為-5eV或更小的空穴傳輸材料。

[化學(xué)式1]

在化學(xué)式1中，

R1至R6各自獨立地選自氫、鹵素基團、腈基(-CN)、硝基(-NO₂)、磺?；?-SO₂R)、亞砜基(-SOR)、磺酰胺基(-SO₂NR₂)、磺酸酯基(-SO₃R)、三氟甲基(-CF₃)、酯基(-COOR)、酰胺基(-CONHR或-CONRR′)、經(jīng)取代或未經(jīng)取代的直鏈或支鏈的C1至C12烷氧基、經(jīng)取代或未經(jīng)取代的直鏈或支鏈的C1至C12烷基、經(jīng)取代或未經(jīng)取代的直鏈或支鏈的C2至C12烯基、經(jīng)取代或未經(jīng)取代的芳香族或非芳香族雜環(huán)基、經(jīng)取代或未經(jīng)取代的芳基、經(jīng)取代或未經(jīng)取代的單芳基胺基或二芳基胺基，以及經(jīng)取代或未經(jīng)取代的芳烷基胺基，以及

R和R′選自經(jīng)取代或未經(jīng)取代的C1至C60烷基、經(jīng)取代或未經(jīng)取代的芳基，以及經(jīng)取代或未經(jīng)取代的5元至7元雜環(huán)基。

根據(jù)本說明書的一個示例性實施方案，第一有機材料層可以通過使用由化學(xué)式1表示的材料形成。具體地，根據(jù)本說明書的一個示例性實施方案，第一有機材料層可以通過包含由化學(xué)式1表示的化合物作為主體材料來形成。此外，根據(jù)本說明書的一個示例性實施方案，除了由化學(xué)式1表示的化合物之外，第一有機材料層還可以包含另外的材料或雜質(zhì)。

第一有機材料層可以用于將電子從陽極有效地轉(zhuǎn)移到第二有機材料層。另外，第一有機材料層可以用于使構(gòu)成光活性層的具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的化合物均勻地形成。

根據(jù)本說明書的一個示例性實施方案，第一有機材料層中的任一者可以設(shè)置成直接與陽極相接觸。具體地，設(shè)置成直接與陽極相接觸的第一有機材料層可以是陽極緩沖層。

根據(jù)本說明書的一個示例性實施方案，第二有機材料層可以通過使用HOMO能級為-5eV或更小的空穴傳輸材料來形成。具體地，根據(jù)本說明書的一個示例性實施方案，第二有機材料層可以通過包含空穴傳輸材料作為主體材料來形成。此外，根據(jù)本說明書的一個示例性實施方案，除了空穴傳輸材料之外，第二有機材料層還可以包含另外的材料或雜質(zhì)。

根據(jù)本說明書的一個示例性實施方案，第二有機材料層的HOMO能級可以為-5eV或更小。

第二有機材料層可以用于防止自光活性層產(chǎn)生的電子移動到第一有機材料層。具體地，當(dāng)不設(shè)置第二有機材料層時，在光活性層中形成的電子移動到光活性層和第一有機材料層之間的界面，抑制光活性層中形成的空穴與從陽極注入的電子復(fù)合，從而降低太陽能電池的效率。也就是說，第二有機材料層可以用于阻擋光活性層中形成的電子中斷正常的空穴提取路徑。

當(dāng)?shù)诙袡C材料層的HOMO能級為-5eV或更小時，可以阻擋光活性層中形成的電子，并且可以允許從陽極注入的電子平穩(wěn)地移動。

此外，第二有機材料層不妨礙第一有機材料層的作用，所述第一材料層可以使得具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的化合物能夠均勻地形成。具體地，即使將第二有機材料層設(shè)置在第一有機材料層上，也可以均勻地形成具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的化合物。

根據(jù)本說明書的一個示例性實施方案，可以將任一個第二有機材料層設(shè)置成直接與光活性層相接觸。

在本說明書中，術(shù)語“設(shè)置成直接與......相接觸”是指將兩個構(gòu)件設(shè)置成物理上彼此相接觸。

根據(jù)本說明書的一個示例性實施方案，第一有機材料層和第二有機材料層可以依次設(shè)置在陽極和光活性層之間。具有上述結(jié)構(gòu)的太陽能電池的一個實例示于圖1中。具體地，圖1示出了第一有機材料層410和第二有機材料層510依次設(shè)置在陽極100和光活性層300之間，并且陰極200設(shè)置在光活性層300上。根據(jù)本說明書的一個示例性實施方案的太陽能電池不限于圖1中的堆疊結(jié)構(gòu)，并且還可以包括另外的層如陰極緩沖層。

根據(jù)本說明書的一個示例性實施方案，第一有機材料層、第二有機材料、第一有機材料層和第二有機材料可以依次設(shè)置在陽極和光活性層之間。具有上述結(jié)構(gòu)的太陽能電池的一個實例示于圖2中。具體地，圖2示出了第一有機材料層410、第二有機材料層510、第一有機材料層420和第二有機材料層520依次設(shè)置在陽極100和光活性層300之間，并且陰極200設(shè)置在光活性層300上。根據(jù)本說明書的一個示例性實施方案的太陽能電池不限于圖2中的堆疊結(jié)構(gòu)，并且還可以包括另外的層如陰極緩沖層。

根據(jù)本說明書的一個示例性實施方案，由化學(xué)式1表示的化合物的LUMO能級與空穴傳輸材料的HOMO能級之差可以為0.5eV或更小。具體地，根據(jù)本說明書的一個示例性實施方案，由化學(xué)式1表示的化合物的LUMO能級與空穴傳輸材料的HOMO能級之差可以為0.2eV或更小。

根據(jù)本說明書的一個示例性實施方案，第一有機材料層的LUMO能級與第二有機材料層的HOMO能級之差可以為0.5eV或更小。具體地，根據(jù)本說明書的一個示例性實施方案，第一有機材料層的LUMO能級與第二有機材料層的HOMO能級之差可以為0.2eV或更小。

根據(jù)本說明書的一個示例性實施方案的太陽能電池，通過在第二有機材料層的空穴傳輸材料的HOMO處的能帶彎曲形成內(nèi)建電勢，從而使得平穩(wěn)地提取空穴。當(dāng)由化學(xué)式1表示的化合物的LUMO能級與空穴傳輸材料的HOMO能級之差為0.5eV或更小時，平穩(wěn)地提取空穴，從而有助于提高太陽能電池的性能。當(dāng)由化學(xué)式1表示的化合物的LUMO能級與空穴傳輸材料的HOMO能級之差超過0.5eV時，存在的問題為，因為在第二有機材料層的空穴傳輸材料的HOMO處沒有平穩(wěn)地形成能帶彎曲現(xiàn)象，因而不能平穩(wěn)地提取空穴。

根據(jù)本說明書的一個示例性實施方案，所述至少一個第二有機材料層還可以包含功函數(shù)為4.5eV或更小的材料。

根據(jù)本說明書的一個示例性實施方案，功函數(shù)為4.5eV或更小的材料可以是金屬鹵化物。具體地，根據(jù)本說明書的一個示例性實施方案，功函數(shù)為4.5eV或更小的材料可以是金屬鹵化物如CuI。

功函數(shù)為4.5eV或更小的材料可以在第二有機材料層中充當(dāng)p型摻雜劑。具體地，當(dāng)?shù)诙袡C材料層中還包含功函數(shù)為4.5eV或更小的材料時，可以增加空穴密度，由此提高空穴遷移率。此外，當(dāng)?shù)诙袡C材料層中還包含功函數(shù)為4.5eV或更小的材料時，可以在第二有機材料層的空穴傳輸材料的HOMO處有效地產(chǎn)生能帶彎曲現(xiàn)象。

根據(jù)本說明書的一個示例性實施方案，化學(xué)式1的R1至R6全部可以是腈基(-CN)。

另外，根據(jù)本說明書的一個示例性實施方案，由化學(xué)式1表示的化合物可以是以下化學(xué)式1-1至1-6中的任一者。

[化學(xué)式1-1]

[化學(xué)式1-2]

[化學(xué)式1-3]

[化學(xué)式1-4]

[化學(xué)式1-5]

[化學(xué)式1-6]

根據(jù)本說明書的一個示例性實施方案，HOMO能級為-5eV或更小的材料可以是由以下化學(xué)式A表示的化合物。

[化學(xué)式A]

在化學(xué)式A中，Ar1、Ar2和Ar3各自獨立地為氫，或經(jīng)取代或未經(jīng)取代的烴基。在這種情況下，Ar1、Ar2和Ar3中的至少一者可以包含芳烴取代基，并且取代基可以彼此相同，并且可以由不同的取代基構(gòu)成。在Ar1、Ar2和Ar3中，不是芳烴的那些可以是氫；直鏈、支鏈或環(huán)狀的脂肪族烴；或者經(jīng)取代或未經(jīng)取代的包含N、O、S或Se的雜環(huán)基。

根據(jù)本說明書的一個示例性實施方案，HOMO能級為-5eV或更小的材料可以是以下化合物，但不限于此。

根據(jù)本說明書的一個示例性實施方案，第一有機材料層的厚度可以為1nm至100nm。具體地，根據(jù)本說明書的一個示例性實施方案，第一有機材料層的厚度可以為5nm至50nm。更具體地，根據(jù)本說明書的一個示例性實施方案，第一有機材料層的厚度可以為5nm至30nm。

當(dāng)?shù)谝挥袡C材料層的厚度為1nm或更大時，第一有機材料層可以在太陽能電池中工作。具體地，當(dāng)?shù)谝挥袡C材料層的厚度為5nm或更大時，形成了更合適的層，并且可以提高太陽能電池的性能。

根據(jù)本說明書的一個示例性實施方案，第二有機材料層的厚度可以為5nm至100nm。具體地，根據(jù)本說明書的一個示例性實施方案，第二有機材料層的厚度可以為5nm至50nm。更具體地，根據(jù)本說明書的一個示例性實施方案，第二有機材料層的厚度可以為5nm至20nm。

根據(jù)本說明書的一個示例性實施方案，還可以在陰極和光活性層之間設(shè)置一個或更多個電子傳輸層。

根據(jù)本說明書的一個示例性實施方案，在陰極和光活性層之間還可以包括包含金屬化合物的金屬化合物層。具體地，根據(jù)本說明書的一個示例性實施方案，設(shè)置在陰極和光活性層之間的金屬氧化物層可以包含TiO₂和/或ZnO₂。

根據(jù)本說明書的一個示例性實施方案，具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的化合物可以滿足以下結(jié)構(gòu)式1-1。

[結(jié)構(gòu)式1-1]

A B_(1-y)B′_y X_(3-Z)X′_Z

A是經(jīng)取代或未經(jīng)取代的一價氮離子、經(jīng)取代或未經(jīng)取代的一價碳離子以及堿金屬離子或堿土金屬離子，B和B′各自獨立地為過渡金屬的陽離子，并且X和X′各自獨立地為選自第XVI族和第XVII族的元素的陰離子，0≤y≤1，并且0≤z≤3。

根據(jù)本說明書的一個示例性實施方案，過渡金屬的陽離子可以是源自Pb、Sn、Ti、Nb、Zr或Ce的陽離子。

根據(jù)本說明書的一個示例性實施方案，A可以是由以下化學(xué)式2-1表示的一價離子。

[化學(xué)式2-1]

[A′_pA″_(1-p)]⁺

A′和A″各自獨立地為Li⁺、Na⁺、K⁺、Rb⁺、Cs⁺、Be²⁺、Ca²⁺、Sr²⁺或Ba²⁺，并且0≤p≤1。

根據(jù)本說明書的一個示例性實施方案，A可以是由以下化學(xué)式2-2表示的一價離子。

[化學(xué)式2-2]

在化學(xué)式2-2中，

R11為經(jīng)取代或未經(jīng)取代的具有1至20個碳原子的烷基、經(jīng)取代或未經(jīng)取代的具有3至20個碳原子的環(huán)烷基，或者經(jīng)取代或未經(jīng)取代的具有6至20個碳原子的芳基，以及

R12至R14各自獨立地為氫、經(jīng)取代或未經(jīng)取代的具有1至20個碳原子的烷基、經(jīng)取代或未經(jīng)取代的具有3至20個碳原子的環(huán)烷基，或者經(jīng)取代或未經(jīng)取代的具有6至20個碳原子的芳基。

根據(jù)本說明書的一個示例性實施方案，A可以是由以下化學(xué)式2-3表示的一價離子。

[化學(xué)式2-3]

在化學(xué)式2-3中，

R15和R16為經(jīng)取代或未經(jīng)取代的具有1至20個碳原子的烷基、經(jīng)取代或未經(jīng)取代的具有3至20個碳原子的環(huán)烷基、經(jīng)取代或未經(jīng)取代的具有6至20個碳原子的芳基，或NR′R″，以及

R′和R″各自獨立地為氫、經(jīng)取代或未經(jīng)取代的具有1至20個碳原子的烷基，或者經(jīng)取代或未經(jīng)取代的具有1至20個碳原子的烷氧基。

根據(jù)本說明書的一個示例性實施方案，具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的化合物滿足以下結(jié)構(gòu)式2-1至2-6中的任一者：

[結(jié)構(gòu)式2-1]

CH₃NH₃PbX_(3-Z)X′_Z

[結(jié)構(gòu)式2-2]

HC(NH₂)₂PbX_(3-Z)X′_Z

[結(jié)構(gòu)式2-3]

CH₃NH₃SnX_(3-Z)X′_Z

[結(jié)構(gòu)式2-4]

HC(NH₂)₂SnX_(3-Z)X′_Z

[結(jié)構(gòu)式2-5]

CH₃NH₃Pb_ySn_(1-y)X_(3-Z)X′_Z

[結(jié)構(gòu)式2-6]

HC(NH₂)₂Pb_ySn_(1-y)X_(3-Z)X′_Z

在結(jié)構(gòu)式2-1至2-6中，X和X′各自獨立地為鹵素離子，y為0至1的實數(shù)，z為0至3的實數(shù)。

根據(jù)本說明書的一個示例性實施方案，光活性層還可以包含金屬氧化物。

根據(jù)本說明書的一個示例性實施方案，所述太陽能電池還包括基底，并且可以在所述基底上設(shè)置所述陽極或所述陰極。

根據(jù)本說明書的一個示例性實施方案，太陽能電池可以是具有正常結(jié)構(gòu)的太陽能電池，其中基底上設(shè)置有陽極，并且面對所述陽極設(shè)置有陰極。具體地，在具有正常結(jié)構(gòu)的太陽能電池的情況下，陽極可以是導(dǎo)電氧化物如氧化銦錫(ITO)或氧化銦鋅(IZO)。此外，在具有正常結(jié)構(gòu)的太陽能電池的情況下，陰極可以是包含選自以下的一者或更多者的金屬電極：銀(Ag)、鋁(Al)、鉑(Pt)、鎢(W)、銅(Cu)、鉬(Mo)、金(Au)、鎳(Ni)和鈀(Pd)。

另外，根據(jù)本說明書的一個示例性實施方案，太陽能電池可以是具有倒置結(jié)構(gòu)的太陽能電池，其中基底上設(shè)置有陰極，面對所述陰極設(shè)置有陽極。具體地，在具有倒置結(jié)構(gòu)的太陽能電池的情況下，陰極可以是導(dǎo)電氧化物如氧化銦錫(ITO)或氧化銦鋅(IZO)。此外，在具有倒置結(jié)構(gòu)的太陽能電池的情況下，陽極可以是包含選自以下的一者或更多者的金屬電極：銀(Ag)、鋁(Al)、鉑(Pt)、鎢(W)、銅(Cu)、鉬(Mo)、金(Au)、鎳(Ni)和鈀(Pd)。

正常結(jié)構(gòu)和倒置結(jié)構(gòu)可以具有與一般有機太陽能電池中的正常結(jié)構(gòu)和倒置結(jié)構(gòu)相同的含義。

根據(jù)本說明書的一個示例性實施方案，正常結(jié)構(gòu)或倒置結(jié)構(gòu)可以根據(jù)設(shè)置在基底上的電極的功函數(shù)和設(shè)置成面對所述電極的金屬電極的功函數(shù)來確定。具體地，當(dāng)通過后處理過程等控制功函數(shù)時，導(dǎo)電氧化物層如ITO可以是陽極或陰極。

根據(jù)本說明書的一個示例性實施方案，太陽能電池在陽極和陰極之間還可以包括選自以下的一個或更多個層：空穴注入層、空穴傳輸層、電子阻擋層、電子傳輸層和電子注入層。

根據(jù)本說明書的一個示例性實施方案，太陽能電池可以通過使用沉積法來制造。具體地，根據(jù)本說明書的一個示例性實施方案，存在的優(yōu)點為，太陽能電池可以通過一種方法容易地制造，因為設(shè)置在基底上的全部各層可以通過使用沉積法來形成。

本發(fā)明的實施方式

下文中，將參照用于具體描述本說明書的實施例詳細描述本說明書。然而，根據(jù)本說明書的實施例可以以多種形式進行修改，并且應(yīng)解釋為本說明書的范圍不限于下述實施例。提供本說明書的實施例是為了向本領(lǐng)域普通技術(shù)人員更完整地描述本說明書。

實施例1

清洗涂覆有ITO的玻璃基底，然后用UV-O₃處理30分鐘，以制備其上形成有ITO的基底。然后，通過沉積法在ITO上依次形成由通過化學(xué)式1-1表示的化合物構(gòu)成的第一有機材料層(30nm)和由N，N′-二(1-萘基)-N，N′-二苯基-(1，1′-聯(lián)苯基)-4，4′-二胺(NPB)構(gòu)成的第二有機材料層(20nm)。

然后，將PbI₂的沉積速率固定為0.1nm/秒，緩慢升高CH₃NH₃I(MAI，甲基碘化銨)的溫度(至130℃)，然后在7×10^-5托至1×10^-4托的腔室氣氛下進行沉積，從而形成由具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的化合物構(gòu)成的光活性層，基于PbI₂厚度傳感器其厚度為160nm。

圖3示出如實施例1中形成的光活性層根據(jù)波長的光吸收和根據(jù)實施例1制造的器件的外部照片。具體地，圖3比較了僅由PbI₂形成的光活性層和由具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的化合物構(gòu)成的光活性層的光吸收度。

根據(jù)圖3，可以確認如實施例1中制造的光活性層具有優(yōu)異的光吸收度。也就是說，可以看出，即使通過沉積法在有機材料層上形成具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的化合物，也顯示出優(yōu)異的光吸收能力。

此外，圖4示出了如實施例1中制造的光活性層的表面的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像。根據(jù)圖4，可以看出，即使通過沉積法在有機材料層上形成具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的化合物，該化合物也均勻地形成，而沒有缺陷區(qū)域如針孔。

[實施例2-1]

清洗涂覆有ITO的玻璃基底，然后用UV-O₃處理30分鐘，以制備其上形成有ITO的基底。然后，通過沉積法在ITO上依次形成由通過化學(xué)式1-1表示的化合物構(gòu)成的第一有機材料層(30nm)和由N，N′-二(1-萘基)-N，N′-二苯基-(1，1′-聯(lián)苯基)-4，4′-二胺(NPB)構(gòu)成的第二有機材料層(20nm)。

然后，將PbI₂的沉積速率固定為0.1nm/秒，緩慢升高CH₃NH₃I(MAI，甲基碘化銨)的溫度(至130℃)，然后在7×10^-5托至1×10^-4托的腔室氣氛下進行沉積，以形成由具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的化合物構(gòu)成的光活性層，基于PbI₂厚度傳感器其厚度為160nm。

此外，通過在光活性層上沉積C₆₀(90nm)、浴銅靈(BCP)(8nm)和Al(100nm)來制造具有正常結(jié)構(gòu)的太陽能電池。

[比較例1]

具有正常結(jié)構(gòu)的太陽能電池以與實施例2-1相同的方法制造，不同之處在于，不形成第二有機材料層。

圖5示出了根據(jù)實施例2-1制造的太陽能電池和根據(jù)比較例1制造的太陽能電池的電壓-電流密度的測量結(jié)果。在圖5中，使用其上穿有直徑為5mm的圓形孔的蓋板限制光入射的面積，然后測試太陽能電池的性能。

根據(jù)圖5的結(jié)果，可以看出，其中未設(shè)置有第二有機材料層的比較例1的太陽能電池的性能明顯劣化，并且可以確認，第二有機材料層用于通過阻擋光活性層中形成的電子的移動來平穩(wěn)地使太陽能電池復(fù)合。

[實施例2-2]

太陽能電池以與實施例2-1相同的方式制造，不同之處在于，形成由具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的化合物構(gòu)成的光活性層以具有390nm的厚度。

對于根據(jù)實施例2-2的太陽能電池的性能，最大開路電壓為1.05V，最大短路電流為19.3mA/cm²，填充因子(FF)為70％，并且最大能量轉(zhuǎn)化效率(PCE)為14.1％。

圖6示出了根據(jù)實施例2-2制造的太陽能電池的電壓-電流密度的測量結(jié)果。在圖6中，使用其上穿有直徑為5mm的圓形孔的蓋板限制光入射的面積，然后測試太陽能電池的性能。

圖7示出了實施例2-2中的太陽能電池的截面的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像。根據(jù)圖7可以確認，形成光活性層的具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的化合物的晶體均勻地形成而沒有短路區(qū)域。在圖7中，附圖標記101表示由化學(xué)式1-1表示的化合物。

[實施例2-3]

具有正常結(jié)構(gòu)的太陽能電池以與實施例2-1相同的方式制造，不同之處在于，在ITO上依次沉積第一有機材料層、第二有機材料層、第一有機材料層和第二有機材料層。

圖8示出了根據(jù)實施例2-3制造的太陽能電池的電壓-電流密度的測量結(jié)果。在圖8中，使用其上穿有直徑為5mm的圓形孔的蓋板限制光入射的面積，然后測試太陽能電池的性能。

對于根據(jù)實施例2-3的太陽能電池的性能，最大開路電壓為1.06V，最大短路電流為21.5mA/cm²，填充因子(FF)為59.5％，并且最大能量轉(zhuǎn)化效率(PCE)為13.4％。

[實施例2-4]

清洗涂覆有ITO的玻璃基底，以制備其上形成有ITO的基底(不進行UV-O₃處理)。然后，在ITO上沉積包含20重量％的n型摻雜劑的C₆₀(10nm)和C₆₀(20nm)，將PbI₂的沉積速率固定為0.1nm/秒，緩慢升高CH₃NH₃I(MAI，甲基碘化銨)的溫度(至130℃)，然后在7×10^-5托至1×10^-4托的腔室氣氛下進行沉積，以形成由具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的化合物構(gòu)成的光活性層，基于PbI₂厚度傳感器其厚度為160nm。

具有倒置結(jié)構(gòu)的太陽能電池通過以下步驟制造：在光活性層上沉積由N，N′-二(1-萘基)-N，N′-二苯基-(1，1′-聯(lián)苯基)-4，4′-二胺(NPB)構(gòu)成的第二有機材料層(20nm)和由通過化學(xué)式1-1表示的化合物構(gòu)成的第一有機材料層(30nm)，然后在其上沉積Al(100nm)。

圖9示出了根據(jù)實施例2-4制造的太陽能電池的電壓-電流密度的測量結(jié)果。在圖9中，使用其上穿有直徑為5mm的圓形孔的蓋板限制光入射的面積，然后測試太陽能電池的性能。

對于根據(jù)實施例2-4的太陽能電池的性能，最大開路電壓為1.03V，最大短路電流為17.4mA/cm²，填充因子(FF)為62％，并且最大能量轉(zhuǎn)化效率(PCE)為11.1％。

<附圖標記>

100：陽極

200：陰極

300：光活性層

410、420：第一有機材料層

510、520：第二有機材料層