[發明專利]一種新型的低溫溶液法制備的高效率長壽命的平面異質結鈣鈦礦太陽能電池

在審

• 申請號: 201510097946.9
• 申請日: 2015-03-05
• 公開（公告）號: CN105024013A
• 公開（公告）日: 2015-11-04
• 發明（設計）人: 楊一行;曹蔚然;錢磊
• 申請（專利權）人: 蘇州瑞晟納米科技有限公司
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/46;H01L51/48
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• 代理人: 暫無信息

1.一種新型的低溫溶液法制備的平面異質結鈣鈦礦太陽能電池，其特征在于，電池結構包括：

透明導電襯底；

空穴傳輸層：該空穴傳輸層可有效起到分離和傳輸空穴的作用；

鈣鈦礦活性層：該活性層采用半導體鈣鈦礦材料，具有光吸收性強，載流子遷移率高等優點；

緩沖層：該緩沖層可以有效隔離鈣鈦礦活性層與電子傳輸層的接觸，并在一定程度上保證鈣鈦礦活性層的穩定性；

電子傳輸多層結構：該電子傳輸層可有效起到分離和傳輸電子以及提升器件穩定性的作用；

金屬背電極。

2.根據權利要求1所述的鈣鈦礦太陽能電池，其特征在于：所述透明導電襯底為氧化銦錫薄膜或摻鋁、鎵、鎘的氧化鋅薄膜，厚度在20-2000納米之間。

3.根據權利要求1所述的鈣鈦礦太陽能電池，其特征在于：所述空穴傳輸層厚度在10－200nm之間，為p型聚合物材料，比如：PEDOT:PSS，poly-TPD，PVK，MEHPPV，TFB和它們的衍生物等和p型小分子材料，比如TPD，NPB和它們的衍生物等，以及氧化鉬、p型氧化鋅和氧化鈦等氧化物。

4.根據權利要求1所述的鈣鈦礦太陽能電池，其特征在于：所述吸光活性層材料為鈣鈦礦型材料，其通常具有ABX₃的分子結構，其中X為陰離子，比如鹵素離子(F,Cl,Br,I)等，X可以是同一種元素或者幾種元素混合組成；A和B為具有不同體積的陽離子，其中B通常為金屬離子，比如鉛(Pb)和錫(Sn)等，A為體積更大的有機陽離子比如甲基胺離子、乙基胺離子、氨基戊酸離子和甲脒離子或者金屬陽離子比如銫(Cs)等。可適用的鈣鈦礦型材料組成不局限于以上所述?；钚遭}鈦礦層沉積成膜后，其厚度為50-2000納米。

5.根據權利要求1所述的鈣鈦礦太陽能電池，其特征在于：所述緩沖層包括n型有機高分子或小分子材料，比如PC₆₁BM、PC₇₁BM、C₆₀、PFN和PMMA以及它們的衍生物等，厚度在20－200nm之間。

6.根據權利要求1所述的鈣鈦礦太陽能電池，其特征在于：其選用電子傳輸層為多層結構，包括n型摻雜半導體氧化物層和n型本征半導體氧化物層，n型半導體氧化物比如氧化鋅和氧化鈦以及衍生的硫化物比如硫化鎘，硫化鋅等，摻雜元素比如鋁(Al)，錳(Mn)，鎂(Mg)等金屬元素。電子傳輸多層結構中的摻雜和本征的半導體氧化物可以是同一種氧化物也可以是不同種氧化物。n型摻雜半導體氧化物層的厚度在5-50nm之間，n型本征半導體氧化物層的厚度在5-100nm之間。

7.根據權利要求1所述的鈣鈦礦太陽能電池，其特征在于：所述金屬導電薄膜選用鎳、鋁、金、銀、銅、鈦、鉻中的一種或多種，厚度在50-2000nm之間。

8.根據權利要求1所述的鈣鈦礦太陽能電池的制備方法，其特征在于：該新型太陽能電池的所有功能層均通過溶液法制備，所述溶液法包括旋涂法，噴涂法,糟模法等；金屬電極通過溶液印刷法制備。

9.根據權利要求8所述的鈣鈦礦太陽能電池的溶液制備方法，其特征在于：該新型太陽能電池所采用的溶液法均為低溫制備，制備流程中所使用的處理溫度均不超過100攝氏度。

10.根據權利要求6所述的鈣鈦礦太陽能電池的電子傳輸多層結構，其特征在于：n型本征半導體氧化物具有優異的電子傳導性能，通過金屬摻雜得到的n型摻雜半導體氧化物，其電子傳導率進一步提高，同時將其費米能級顯著向上(高電子能級)移動，從而有效地降低電池的接觸電阻并且增強了電子傳輸層界面處的電荷抽取效率。但n型摻雜半導體氧化物在可光及近紅外光波段的透過率相比于對應的本征氧化物有降低，且整體成膜性不如本征氧化物。因而采取n型摻雜半導體氧化物層和n型本征半導體氧化物層相結合的多層結構，既可以通過n型摻雜半導體氧化物層實現電子傳導和抽取效率的提高，又可以通過n型本征半導體氧化物層確?？傮w透過率和成膜性不受影響。

11.根據權利要求5所述的鈣鈦礦太陽能電池的緩沖層結構，其特征在于：所述緩沖層可以有效隔絕鈣鈦礦活性層與電子傳輸層的接觸，鈍化鈣鈦礦活性層的表面，從而減少界面激子復合并提高鈣鈦礦活性層和整體器件的穩定性。