[發明專利]一種鈣鈦礦膜及其制備與應用方法

有效

• 申請號: 201410268812.4
• 申請日: 2014-06-17
• 公開（公告）號: CN104022185B
• 公開（公告）日: 2017-01-18
• 發明（設計）人: 譚占鰲;李聰;侯旭亮;于露;屈江江
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18;H01L31/0264
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司11246
• 代理人: 張文寶

技術領域

本發明屬于太陽電池技術領域，特別涉及一種鈣鈦礦膜及其制備與應用方法。

背景技術

近年來興起的鈣鈦礦型太陽電池具有效率高、成本低、質量輕，制作工藝簡單、可制備成大面積柔性器件等突出優點而備受關注。自2009年以來，鈣鈦礦電池的發展十分迅速，由不到5％的效率發展到16％的效率僅用了不到四年的時間。因此該類型的太陽電池已成為光伏領域的研究熱點。2013年，鈣鈦礦太陽電池的研究入選世界年度十大科技進展。

鈣鈦礦太陽電池具體來說是指用具有ABO₃構型的鈣鈦礦材料如CH₃NH₃PbX₃(X為Cl、Br、I鹵素原子)等作為光吸收層的太陽電池。作為吸光層的鈣鈦礦薄膜的質量直接制約鈣鈦礦太陽電池的性能優劣。而關于鈣鈦礦膜的制備方法有兩種:一步法和兩步法。一步法是指將鹵化鉛如PbI₂與烷基鹵化胺如CH₃NH₃I直接反應合成有機金屬鹵化物鈣鈦礦如CH₃NH₃PbI₃溶液。但是一步法合成時需要嚴格的控制實驗條件，隔水隔氧，60℃加熱12小時。實驗條件不易控制，容易使鈣鈦礦氧化或分解，進而會影響到鈣鈦礦溶液的純度。兩步法是指現將鹵化鉛如PbI₂前驅體溶液旋涂在陽極上，然后再與烷基鹵化胺如CH₃NH₃I反應，基底上原位生成有機金屬鹵化物鈣鈦礦薄膜。現有的兩步法是將PbI₂浸泡在CH₃NH₃I的異丙醇溶液中，使之反應生產鈣鈦礦。采用此方法常導致PbI₂反應不完全，致使鈣鈦礦層有雜質PbI₂的存在。雜質PbI₂是電子與空穴的復合中心，直接影響器件性能。此外，此方法在反應過程中電池表面反應的速率不相同，常造成膜的厚度不一，致使所得鈣鈦礦薄膜的平整度較差。本發明采用兩步法真空合成鈣鈦礦，先將鹵化鉛如PbI₂前驅體溶液旋涂在陽極上，在電池周圍撒少許CH₃NH₃I粉末，蓋上培養皿蓋，在真空的條件下150℃熱處理1-4小時后即可產生一層非常致密平整的鈣鈦礦薄膜。本發明所用制備方法有效解決了一步法中繁瑣的實驗條件，以及兩步法中反應不完全與膜不平整的問題。用本發明所述方法制備的鈣鈦礦薄膜表現出優異的光伏性能。

發明內容

針對現有技術不足，本發明提供了一種鈣鈦礦膜及其制備與應用方法。

一種鈣鈦礦膜的制備方法，使用兩步真空法，得到一層致密的鈣鈦礦膜。

一種鈣鈦礦膜的制備方法，其具體方法如下：

將鹵化鉛PbX₂前驅體溶液旋涂在空穴傳輸層上，加熱烘干，然后將鹵化鉛膜移至真空干燥箱內，在鹵化鉛膜周圍撒上烷基鹵化胺粉末，蓋上培養皿蓋，加熱使烷基鹵化胺揮發出來與鹵化鉛直接反應生成一層致密的有機金屬鹵化物鈣鈦礦層。

所述X為Cl、Br或I。

所述鹵化鉛為PbI₂，烷基鹵化胺為CH₃NH₃I，有機金屬鹵化物鈣鈦礦層為CH₃NH₃PbI₃。

所述鹵化鉛PbX₂前驅體溶液的溶劑為DMF(N,N二甲基甲酰胺)、γ-丁內酯中的一種或兩種。

一種鈣鈦礦膜，所述鈣鈦礦膜是由上述方法制備得到的。

一種鈣鈦礦膜的應用方法，所述鈣鈦礦膜用于制備鈣鈦礦太陽電池。

所述鈣鈦礦太陽電池中透明導電金屬氧化物層、空穴傳輸層、鈣鈦礦膜、電子傳輸層和金屬電極層順次相連。

所述空穴傳輸層的材質為高功函金屬氧化物、p型共軛聚合物和p型導電聚合物中的一種或多種。

所述的電子傳輸層的材質為n型金屬氧化物、富勒烯及其衍生物、n型共軛聚合物和n型導電聚合物中的一種或多種。

本發明的有益效果為：