[發(fā)明專利]一種鈣鈦礦結(jié)構(gòu)太陽(yáng)能電池及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310650505.8
• 申請(qǐng)日: 2013-12-03
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103700768A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-04-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 袁寧一;董旭;丁建寧;胡宏偉;房香
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 常州大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L51/42
• 分類號(hào): H01L51/42;H01L51/46;H01L51/48
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及太陽(yáng)能電池，特指一種鈣鈦礦結(jié)構(gòu)太陽(yáng)能電池及其制備方法。

背景技術(shù)

現(xiàn)采用液態(tài)電解質(zhì)的染料敏化太陽(yáng)能電池（DSC）的效率雖然已經(jīng)達(dá)到12%【A.Yella,?et?al.?Porphyrin-sensitized?solar?cells?with?cobalt?(II/III)-based?redox?electrolyte?exceed?12?percent?efficiency，Science,2011,334,629–634?】，但這類DSC的電解質(zhì)容易發(fā)生泄漏；為此，固態(tài)敏化太陽(yáng)能電池得到了廣泛的研究，如CsSnI3作為空穴導(dǎo)體的固態(tài)DSCs的光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了8.5%【Chung,?I.et?al.?All-solid-state?dye-sensitized?solar?cells?with?high?efficiency，Nature，2012，485:486–489】，但其效率仍低于液態(tài)電解質(zhì)DSCs；最近，一種新型有機(jī)無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦結(jié)構(gòu)電池取得了突破性的進(jìn)展，效率超過(guò)了液態(tài)DSC；這種新型有機(jī)無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦電池結(jié)構(gòu)是，在FTO玻璃上生長(zhǎng)一層二氧化鈦（TiO₂，n?型半導(dǎo)體），然后在其上沉積鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的CH₃NH₃PbI₃，再旋涂一層2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴（spiro-OMeTAD，p型有機(jī)空穴導(dǎo)體），最后真空蒸發(fā)一層金（Au）電極，形成p-i-n結(jié)構(gòu)電池，如圖1所示，該類電池效率已突破15%【Julian?Burschka,?Norman?Pellet,?et?al.?Sequential?depositionas?a?route?tohigh-performance?perovskite-sensitized?solar?cells.nature,2013,?499,316–319；Mingzhen?Liu.?Michael?B.?Johnston?&?Henry?J.?Snaith.?Efficient?planar?heterojunction?perovskite?solar?cells?by?vapour?deposition.?Nature,??501,395–398.】，是迄今為止，除了硅太陽(yáng)能電池，效率最高的太陽(yáng)能電池，但是spiro-OMeTAD價(jià)格高，其上的金電極價(jià)格也高。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)背景技術(shù)中的p-i-n雜化鈣鈦礦電池所存在的問(wèn)題，本發(fā)明提出一種新的結(jié)構(gòu)和制備方法，首先是在摻雜氟的SnO₂(FTO)導(dǎo)電玻璃先沉積一層氧化鈦或氧化鋅n型層，然后再沉積一層雜化鈣鈦礦結(jié)構(gòu)CH₃NH₃PbI₃，接著沉積p型硅薄膜，最后沉積金屬電極層；其中，氧化鋅（ZnO）或氧化鈦（TiO₂）層利用原子層沉積（ALD）方法制備，該方法可以制備出非常致密的氧化物，并且膜厚可以準(zhǔn)確控制；鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的CH₃NH₃PbI₃可以通過(guò)溶液法或共蒸發(fā)方法制備；p型硅薄膜可以通過(guò)等離子體化學(xué)氣相沉積（PECVD）方法制備；金屬電極可以通過(guò)熱蒸發(fā)或?yàn)R射方法制備，其特點(diǎn)在于利用p型硅薄膜取代spiro-OMeTAD有機(jī)p型層，一是成本低，二是容易實(shí)現(xiàn)大面積生產(chǎn)，三是提高電池的穩(wěn)定性。

一種鈣鈦礦結(jié)構(gòu)太陽(yáng)能電池，所述太陽(yáng)能電池從下至上依次為FTO導(dǎo)電玻璃層、n型層、雜化鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的CH₃NH₃PbI₃層、P型層和金屬電極，其特征在于；所述P型層為p型硅薄膜。

所述的n型層為氧化鈦或氧化鋅層，層厚為5-15nm。

所述的FTO導(dǎo)電玻璃層的方塊電阻是10-15Ω，透過(guò)率在78-83%。

所述的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的CH₃NH₃PbI₃層的層厚為300-500nm。

所述p型硅薄膜的層厚為5-15nm。

所述金屬電極為Al電極，層厚為100nm。