[發明專利]通過固液反應制備具有鈣鈦礦結構的碘化物太陽能電池

有效

• 申請號: 201310257024.0
• 申請日: 2013-06-26
• 公開（公告）號: CN103346018A
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發明（設計）人: 崔光磊;逄淑平;劉志宏;呂思劉;胡浩;徐紅霞;張傳健
• 申請（專利權）人: 中國科學院青島生物能源與過程研究所
• 主分類號: H01G9/20
• 分類號: H01G9/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于光電材料技術領域，具體涉及一種基于碘化物鈣鈦礦結構的太陽能電池。

背景技術

隨著全球化石燃料的枯竭及溫室效應的日益嚴重，清潔能源及低碳經濟已經成為世界各國的重要研究課題。太陽能電池技術受到極大的關注。其中，硅基太陽能電池等器件原材料、制備工藝要求苛刻，器件成本較高，開發低成本、溶液法制備太陽能電池技術成為必然。目前量子點太陽能電池雖然有很好的發展，但是大規模合成技術、相對較低的效率仍是限制其發展的主要因素。

在太陽能電池的眾多光吸收劑中，硫化物、硒化物、銻化物等。關于鈣鈦礦光電領域的研究有（201110102113.9，201110142339.1），但他們是氧化物鈣鈦礦材料，研究的是上轉換性質。碘化物的新型鈣鈦礦結構在太陽能電池上的應用是一個全新的領域。未搜索到關于碘化物的新型鈣鈦礦結構作為光電轉換材料的專利。

發明內容

本發明的目的在于利用碘化物鈣鈦礦作為光電轉換材料的太陽能電池的制備方法，通過在n型TiO₂半導體薄膜上合成具有特定形貌的碘化物鈣鈦礦結構，然后再在鈣鈦礦結構上旋涂p型半導體薄膜，得到低成本、長壽命、高的光電轉換效率的太陽能電池器件。

為了得到高性能光電轉換材料，本發明提供了固－液反應途徑制備碘化物鈣鈦礦結構，合成的關鍵是控制反應物的配比AI和BI₂，反應的產物ABI₃包括CH₃NH₃PbI₃、NH₂=CHNH₃PbI₃、CH₃NH₃SnI₃、NH₂=CHNH₃SnI₃鈣鈦礦半導體。

固相反應分為兩種，一種是利用蒸鍍等方式按照摩爾比1：1蒸鍍兩種前驅體AI和BI₂，然后通過加熱的方式得到產物ABI₃相。另一種方式是AI和BI₂按照1：1的比例置于AI跟BI₂的不良溶劑中，如乙醚、乙酸乙酯等，其在室溫下緩慢擴散，通過類固相反應得到ABI3鈣鈦礦結構。液相反應是通過AI和BI₂按照1：1的比例溶解在丁內酯、N’N二甲基甲酰胺，或者N’N二甲基乙酰胺溶液當中，然后通過溶劑揮發得到ABI₃鈣鈦礦結構。

本專利所述的固-相反應是通過含有AI物質的溶液浸泡固體BI₂，保證溶解AI的溶液不溶解BI2?和反應產物，使AI跟BI₂發生固液反應，使AI緩慢擴散到BI₂結構當中，原位形成新的鈣鈦礦相ABI₃。最明顯的特征是直接在太陽能基片上形成所需的鈣鈦礦碘化物結構，合成工藝簡單、易于操作、對設備要求低。

本專利涉及的太陽能電池結構基于染料敏化太陽能電池。器件的結構是FTO/電子傳輸層/介孔層/碘化物/空穴傳輸層/電極。電子傳輸材料包含TiO₂、ZnO、Nb₂O₅，其次是介孔材料，其包括n型半導體TiO₂、ZnO、Nb₂O₅，或者絕緣體Al₂O₃、SiO₂。

固-相反應的具體過程是首先在介孔層中制備BI₂層，通過適當的干燥和加熱處理得到均勻的BI₂相，然后把固相BI₂相跟AI溶液反應并加熱處理，得到ABI₃鈣鈦礦相。

P型半導體是Spiro、P3HT等有機p型半導體材料或者V₂O₅、MoO₃等p型無機化合物。

基于Pb鈣鈦礦結構，制備過程可以在空氣或者氮氣中制備和器件組裝，基于Sn鈣鈦礦結構，在氮氣環境中制備和器件組裝。

以上制備過程較硅基太陽能電池器件工藝簡單、成本較低，效率接近多晶硅器件，有利于大面積的推廣。?

附圖說明

附圖1?CH₃NH₃PbI₃的XRD。