[發明專利]鈣鈦礦基薄膜太陽電池及其制備方法

有效

• 申請號: 201410204091.0
• 申請日: 2014-05-14
• 公開（公告）號: CN104022222B
• 公開（公告）日: 2017-12-29
• 發明（設計）人: 孟慶波;楊月勇;肖俊彥;衛會云;李冬梅;羅艷紅;吳會覺
• 申請（專利權）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權代理事務所(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))在近年來以其優異的光電性能、易于合成的性質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達到19％，具有很大的應用潛力。鈣鈦礦基薄膜太陽電池從結構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構異質結薄膜電池；(3)不采用支架層的平面型異質結薄膜電池。

但目前，這三種結構的鈣鈦礦型薄膜太陽電池都需要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。故從長遠角度出發，采用更加便宜的材料制備對電極，降低對電極的成本，對于該種電池的大規模應用和市場競爭力是非常必要的。

中國發明專利申請CN103441217A公布了一種基于碳對電極的鈣鈦礦型有機金屬鹵化物薄膜太陽能電池的制備方法，采用碳材料替代昂貴的貴金屬材料作為對電極層(即空穴收集層)，大大降低成本。在該方法中，先順次制備介孔吸光層、介孔絕緣間隔層以及介孔碳對電極層，然后將鈣鈦礦的前驅液通過滴涂的方法從介孔碳對電極層表面向下填充進介孔吸光層的孔隙中形成電池。由于制備好碳對電極層后才填充鈣鈦礦，因此，在該方法中對于絕緣間隔層和碳對電極層需要額外的燒結步驟以形成介孔層，無疑推高了電池的生產成本。此外，通過這種方式獲得的鈣鈦礦基薄膜太陽電池的光電流和電池效率也不是很理想，亟待發展新的工藝制備基于碳對電極層的鈣鈦礦基薄膜太陽電池。

發明內容

本發明的一個目的在于針對現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，該方法節約成本，同時也適合于工業化生產。

按照本發明的一個方面，本發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且為半導體材料的多孔支架層，所述多孔支架層內部的孔隙中填充有鈣鈦礦結構的有機金屬半導體吸光材料；

由所述有機金屬半導體吸光材料在所述多孔支架層上形成的加蓋層；以及

在所述加蓋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，所述鈣鈦礦基薄膜太陽電池還包括空穴傳輸層，形成在所述加蓋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。

可選地，所述多孔支架層的所述半導體材料選自TiO₂，SnO₂或ZnO中的一種；

可選地，所述多孔支架層的厚度在100-1000nm之間。

可選地，所述加蓋層的厚度在50-500nm之間。

可選地，所述有機金屬半導體吸光材料選自化學通式為ABX₃中的一種或多種，其中A為有機胺類離子，B為二價金屬離子，X為鹵素離子Cl^-、Br^-、I^-或擬鹵素離子CN^-、NCO^-、NCS^-、NCSe^-中的一種或多種；