[發(fā)明專利]鈣鈦礦基薄膜太陽電池及其制備方法

有效

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• 申請日: 2014-05-14
• 公開（公告）號: CN104009159B
• 公開（公告）日: 2017-11-10
• 發(fā)明（設計）人: 孟慶波;楊月勇;肖俊彥;衛(wèi)會云;李冬梅;羅艷紅;吳會覺
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院物理研究所
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/44;H01L51/46;H01L51/48
• 代理公司: 北京智匯東方知識產(chǎn)權(quán)代理事務所(普通合伙)11391
• 代理人: 范曉斌,郭海彬

技術領域

本發(fā)明涉及太陽電池技術領域，特別是涉及一種鈣鈦礦基薄膜太陽電池及其制備方法。

背景技術

傳統(tǒng)無機半導體太陽能電池存在高成本、高污染等問題，因此有必要尋找易于合成、低成本和環(huán)境友好的新材料，用于第三代薄膜太陽能電池。鈣鈦礦型有機金屬鹵化物材料(比如CH₃NH₃PbX₃(X＝I，Br，Cl))在近年來以其優(yōu)異的光電性能、易于合成的性質(zhì)吸引了眾多科研人員的注意和研究興趣。通過努力，目前國際上基于該材料的薄膜太陽電池的效率最高已經(jīng)達到19％，具有很大的應用潛力。鈣鈦礦基薄膜太陽電池從結(jié)構(gòu)上主要包括三種類型：(1)以多孔寬禁帶半導體薄膜(如TiO₂，ZnO，SnO₂)為支架層的敏化型薄膜電池；(2)以多孔絕緣材料薄膜(如Al₂O₃，ZrO₂，SiO₂等)為支架層的介觀超結(jié)構(gòu)異質(zhì)結(jié)薄膜電池；(3)不采用支架層的平面型異質(zhì)結(jié)薄膜電池。

其中，不采用支架層的平面型異質(zhì)結(jié)薄膜電池具有結(jié)構(gòu)簡單、制備過程簡易的特點。但目前這種鈣鈦礦型薄膜太陽電池均使用金等貴金屬材料，通過真空蒸鍍等方法制成對電極，材料和設備成本非常昂貴。并且，其電池光電轉(zhuǎn)換效率低于具有支架層的鈣鈦礦基薄膜太陽電池。

故從長遠角度出發(fā)，采用更加便宜的材料制備對電極，降低對電極的成本，提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率對于該種電池的大規(guī)模應用和市場競爭力是非常必要的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的一個目的在于針對現(xiàn)有技術中存在的上述缺陷之一，提供一種低成本的鈣鈦礦基薄膜太陽電池。本發(fā)明另一個進一步的目的是要提供一種電池效率更高的鈣鈦礦基薄膜太陽電池。本發(fā)明再一個進一步的目的是要提供一種新的制備鈣鈦礦基薄膜太陽電池的方法，該方法節(jié)約成本，同時也適合于工業(yè)化生產(chǎn)。

按照本發(fā)明的一個方面，本發(fā)明提供了一種鈣鈦礦基薄膜太陽電池，包括：

透明襯底；

在所述透明襯底上形成的透明導電層；

在所述透明導電層上形成的且為半導體材料的致密層；

在所述致密層上形成的吸光層，所述吸光層由具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的有機金屬半導體吸光材料形成；以及

在所述吸光層上形成的且為導電碳材料的對電極層。

可選地，所述對電極層中無明顯的所述有機金屬半導體吸光材料的存在。

可選地，所述對電極層為非多孔形式。

可選地，所述吸光層的厚度在20-500nm之間。所述吸光層的厚度可進一步優(yōu)選在60-200nm之間。

可選地，所述鈣鈦礦基薄膜太陽電池還包括空穴傳輸層，形成在所述吸光層與所述對電極層之間。

可選地，所述鈣鈦礦基薄膜太陽電池還包括引出電極，形成在所述對電極層上。

按照本發(fā)明的另一個方面，本發(fā)明還提供了一種制備鈣鈦礦基薄膜太陽電池的方法，包括：

提供表面具有透明導電層的透明襯底；

在所述透明導電層上形成半導體材料的致密層；

在所述致密層上形成吸光層，所述吸光層由具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的有機金屬半導體吸光材料形成；以及

在所述吸光層上形成導電碳材料的對電極層。

可選地，所述方法還包括在所述吸光層上形成空穴傳輸層，所述對電極層形成在所述空穴傳輸層上。

可選地，所述方法還包括在所述對電極層上形成引出電極。

可選地，將所述導電碳材料和粘結(jié)劑加入分散劑中形成均勻分散的對電極漿料，將所述對電極漿料涂覆在所述吸光層上，經(jīng)干燥形成所述對電極層，

其中，所述分散劑為非極性有機溶劑，可選地，所述非極性有機溶劑選自苯、甲苯、氯苯、四氯化碳、乙酸乙酯、石油醚、高級脂肪烴、高碳醇中的一種或多種；所述粘結(jié)劑為能溶于所述分散劑的高分子材料。

可選地，采用選自攪拌法、超聲法、研磨法、球磨法中的一種或多種將所述導電碳材料和粘結(jié)劑均勻分散在所述分散劑中形成所述對電極漿料；和/或

采用選自刮涂法、噴涂法、絲網(wǎng)印刷法、擠涂法中的一種將所述對電極漿料涂覆在所述吸光層上。