[發(fā)明專利]一種界面修飾的鈣鈦礦型太陽能電池及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410112818.2
• 申請日: 2014-03-25
• 公開（公告）號: CN104953030B
• 公開（公告）日: 2017-06-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱瑞;胡芹;吳疆;龔旗煌
• 申請（專利權(quán)）人: 北京大學(xué)
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/44;H01L51/46;H01L51/48
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)11360
• 代理人: 李稚婷

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光電功能材料與器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種界面修飾的鈣鈦礦型太陽能電池（PSC，Perovskites Solar Cells）。

背景技術(shù)

現(xiàn)如今世界化石燃料不久將面臨枯竭危機(jī)，清潔可再生能源已成為全球各國的重要研究課題。在這樣的大環(huán)境下，鈣鈦礦染料敏化太陽能電池發(fā)展迅猛。2009年，Tsutomu Miyasaka和其同事最先使用了鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的CH₃NH₃PbI₃作為吸光材料，但同時使用離子電解液，只達(dá)到了3.8%的光電轉(zhuǎn)化效率。2011年，Nam-Gyu Park研究組使用了CH₃NH₃PbI₃量子點(diǎn)和液體電解質(zhì)制備電池，將效率提高到了6.54%。2012年，Henry Snaith研究組率先用絕緣體氧化鋁（Al₂O₃）取代的介孔TiO₂作為電子傳輸層，使用2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴（Spiro-OMeTAD）材料作為固態(tài)空穴傳輸層，將光電轉(zhuǎn)化效率提高到了10.9%。最近，使用低溫退火方法制備的氧化鋅（ZnO）作為電子傳輸層將效率提高到15.7%，而使用石墨烯/二氧化鈦（Graphene/TiO₂）作為電子收集層將光電轉(zhuǎn)換效率分別提高到了15.6%。在上述這些光電轉(zhuǎn)化效率較高的研究中，作為電子傳輸性致密層的金屬氧化物如Al₂O₃、TiO₂、ZnO等起到了重要作用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種界面修飾的鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法，不再使用金屬氧化物致密層作為電子傳輸層，而是通過修飾底電極的表面能級，實(shí)現(xiàn)底電極與鈣鈦礦活性層的最佳匹配，從而簡化器件的制備步驟，降低器件成本。

本發(fā)明的鈣鈦礦型太陽能電池，包括依次層疊的透明襯底、透明底電極、鈣鈦礦吸光層、空穴傳輸層和頂電極，其中所述透明底電極是經(jīng)過界面修飾的透明底電極，即其與鈣鈦礦吸光層接觸的界面被銫鹽修飾過。

適用于本發(fā)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。透明底電極位于透明襯底的內(nèi)側(cè)表面上，透明底電極的材料可以是氧化銦錫（ITO）、摻氟的氧化錫（FTO）等常用的透明電極材料。常采用ITO導(dǎo)電玻璃或FTO導(dǎo)電玻璃作為襯底和透明底電極。底電極的界面修飾材料是銫鹽，例如碳酸銫（Cs₂CO₃）、醋酸銫（CH₃COOC_s）、碘化銫（CsI）、氯化銫（CsCl）等，將適當(dāng)濃度的銫鹽溶液旋涂在底電極表面，以修飾底電極的表面能級。

本發(fā)明還提供了上述鈣鈦礦太陽能電池的制備方法，包括以下步驟：

1）制備透明襯底及其上的透明底電極；

2）用銫鹽處理透明底電極表面，得到界面修飾的透明底電極；

3）在界面修飾的透明底電極上制備鈣鈦礦吸光層；

4）在鈣鈦礦吸光層上制備空穴傳輸層；

5）在空穴傳輸層上制備頂電極。

上述步驟1）可采用ITO導(dǎo)電玻璃或FTO導(dǎo)電玻璃作為襯底和透明底電極。

上述步驟2）對透明底電極進(jìn)行界面修飾的方法可以是將適當(dāng)濃度的銫鹽溶液旋涂在底電極表面。根據(jù)銫鹽溶液的濃度和旋轉(zhuǎn)速度，可以選擇一次或多次旋涂，每次旋涂后干燥處理，可選的，最后一次旋涂并干燥后采用紫外臭氧處理1～5分鐘。銫鹽溶液的溶劑可以是2-乙氧基乙醇（C₄H₁₀O₂）等醇類試劑，例如用0.01%～10%（g/mL）濃度的碳酸銫的2-乙氧基乙醇溶液。每次旋涂干燥后再進(jìn)行下一次的旋涂處理。

作為本發(fā)明的一種實(shí)施方式，在對所述透明底電極進(jìn)行界面修飾處理時，將0.5%的碳酸銫的2-乙氧基乙醇溶液通過3次旋涂于底電極表面，每次旋涂完成后進(jìn)行加熱烘干處理，如在100～150℃加熱2～10分鐘；優(yōu)選地，多次旋涂之后，進(jìn)行最后的加熱烘干處理，然后用紫外臭氧處理1～5分鐘。