[發明專利]一種鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法

有效

• 申請號: 201410040145.4
• 申請日: 2014-01-27
• 公開（公告）號: CN103746078B
• 公開（公告）日: 2017-02-15
• 發明（設計）人: 肖立新;鄭靈靈;馬英壯;陳志堅;曲波;王樹峰;龔旗煌
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/46;H01L51/48
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產權代理事務所(普通合伙)11360
• 代理人: 李稚婷

技術領域

本發明屬于鈣鈦礦太陽能電池（PSC，PerovskiteSolar?Cells）領域，特別涉及到一種具有復合異質結結構的鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法。

背景技術

太陽能電池是通過光電效應或者光化學效應直接把光能轉化成電能的裝置，又稱為光伏電池。鈣鈦礦太陽能電池是目前較為新穎的一類太陽能電池，主要是利用類似ABX₃(A=CH₃NH₃⁺等；B=Pb²⁺,Sn²⁺等；X=Cl^-,Br^-,I^-等)具有鈣鈦礦結構的光伏材料來實現光電轉換，具有制作工藝簡單、原材料來源廣泛、造價低廉等優點。鈣鈦礦太陽能電池的基本結構包括襯底、透明電極、電子傳輸材料、鈣鈦礦材料吸光層、空穴傳輸材料和金屬電極。鈣鈦礦太陽能電池將光能轉換成電能可以分為三個主要過程：（1）吸光層吸收一定能量的光子并產生電子空穴對（激子）；（2）激子擴散至材料界面處時發生電荷分離；（3）電子沿電子傳輸材料經電極進入外電路，空穴沿空穴傳輸材料經電極進入外電路，通過負載完成光能向電能的轉換。

表征太陽能電池性能的參數主要有短路電流密度、開路電壓、填充因子、光電轉換效率。太陽能電池在短路條件下的單位受光面積的工作電流稱為短路電流密度（J_sc），此時電池輸出的電壓為零；太陽能電池在開路條件下的輸出電壓稱為開路電壓（V_oc），此時電池輸出的電流為零；填充因子（FF）是單位受光面積的最大輸出功率P_max與J_scV_oc的比值，FF越大，太陽能電池的性能越好；光電轉換效率是單位受光面積的最大輸出功率P_max與入射的太陽光能量密度P_in的百分比，它是太陽能電池的一個重要輸出特性，主要與器件結構、異質結的特性、材料性質和環境等有關。

自從2009年，文獻“A.Kojima,K.Teshima,Y.Shirai,T.Miyasaka,J.Am.Chem.Soc.2009,131,6050.”首先采用了鈣鈦礦材料作為太陽能電池的吸光材料，隨著研究的深入，鈣鈦礦太陽能電池的效率不斷提高。2012年，文獻“M.M.Lee,J.Teuscher,T.Miyasak,T.N.Murakami,H.J.Snaith,Science2012,338,643.”與文獻“H.S.Kim,C.R.Lee,J.H.Im,K.B.Lee,T.Moehl,A.Marchioro,S.J.Moon,R.H.Baker,J.H.Yum,J.E.Moser,M.Gr?tzel,N.G.Park,Sci.Rep.2012,2,591.”分別報道了高效的固態鈣鈦礦太陽能電池，大大的提高了鈣鈦礦太陽能電池的光電轉換效率。這些鈣鈦礦太陽能電池采用的都是基于p-i-n結構的異質結結構。

發明內容

鈣鈦礦不僅能夠廣泛吸收太陽光譜，而且具有極佳的電荷傳輸性能。為了充分利用這些性質，本發明提供了一種鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法，采用本發明方法制備出的鈣鈦礦太陽能電池，其吸光層的兩側都具有一定的微納結構，從而與其外側的傳輸層之間能夠形成材料相互嵌合的復合功能層，大幅提高吸光層與傳輸層的接觸面積，有利于提高激子分離及電荷傳輸效率，從而抑制光生電子與空穴的復合，改善器件性能。

本發明的技術方案如下：

一種鈣鈦礦太陽能電池，包括依次層疊的襯底、透明電極、電子傳輸層、電子傳輸-吸光層、吸光層、空穴傳輸-吸光層、空穴傳輸層和頂電極，其中：所述吸光層為具有鈣鈦礦結構的光伏材料吸光層；所述電子傳輸-吸光層是電子傳輸材料和鈣鈦礦結構光伏材料嵌合形成的復合功能層；所述空穴傳輸-吸光層是空穴傳輸材料和鈣鈦礦結構光伏材料嵌合形成的復合功能層。

適用于本發明鈣鈦礦太陽能電池的襯底材料有玻璃、柔性塑料等透明材料。另外，也可以在襯底的照光一側（外側）表面添加減反膜，提高入射光的透過率。

透明電極位于襯底的內側表面上，透明電極的材料可以是銦錫氧化物（ITO,Indium?Tin?Oxides）、氟錫氧化物（FTO,fluorine?doped?tin?oxide）、鋁鋅氧化物（AZO,aluminium-doped?zinc?oxide）等常用的透明電極材料。常采用ITO導電玻璃或FTO導電玻璃作為襯底和透明電極。