[發明專利]一種新型疊合式鈣鈦礦太陽能電池的制備方法

有效

• 申請號: 201510246483.8
• 申請日: 2015-05-14
• 公開（公告）號: CN104993054B
• 公開（公告）日: 2018-01-16
• 發明（設計）人: 史彥濤;侯凱莉;邢玉瑾
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/44;H01L51/48
• 代理公司: 大連理工大學專利中心21200
• 代理人: 李寶元,梅洪玉

技術領域

本發明涉及一種新型疊合式鈣鈦礦太陽能電池的制備方法。

背景技術

目前，人類80-85％的能源供給來自于傳統的化石燃料，如煤、石油和天然氣等，這些化石燃料在地表以下分布不均且儲量有限，而且人類在消耗化石燃料以滿足能量需求的同時，產生了大量的溫室氣體，是加快全球變暖的因素之一，同時也伴隨著大量的環境污染物的產生，導致了嚴重的環境污染，威脅人類健康。可再生能源因其可持續性、清潔、環保，是未來能源的發展方向。在可再生能源中，太陽能作為一種新型的能源，被認為是21世紀最重要的新能源之一。

太陽能是一種取之不盡，用之不竭的巨大的清潔能源，與傳統的化石能源相比，它具有無污染，基本不受地域限制，儲備豐富和利用方式多樣化等特點。目前，太陽能光電轉化主要是利用太陽能電池來完成，太陽能電池是根據光電效應或者光化學效應，將太陽能直接轉換為電能的一種半導體光電器件，是一種非常理想的能源應用形式。

鈣鈦礦太陽能電池是以具有鈣鈦礦結構的有機-金屬鹵化物等作為核心光吸收、光電轉換、光生載流子輸運材料的太陽能電池。該電池不僅具有較高的能量轉換效率，而且其核心光電轉換材料具有廉價、容易制備的特點，這為其大規模、低成本制造提供了可能。此外，該電池不需要液體電解質，不用擔心漏液問題，其核心光電轉換材料是有機-無機雜化材料，具有優異的性能。這些優點使鈣鈦礦太陽能電池在實際使用中具有比其他電池更好的穩定性和更長的使用壽命。它最早是由日本科學家Kojima等于2009年提出的，他們將有機-無機鈣鈦礦作為光敏劑應用到液態DSCs中，其光電轉化效率為3.8％(J.Am.Chem.Soc.,2009,131,6050-6051)。2012年，H.S.Kim等將有機-無機鈣鈦礦應用到固態電池中，用Spiro-MeOTAD作為固態空穴傳輸層制作的鈣鈦礦太陽能電池，效率達到9.7％，獲得了突破性進展(Scientific Reports,2012,2,591)。最近，Sang II Seok等已經將鈣鈦礦電池的光電轉換效率提高到了20.3％(Nature,2015.V.517.476-480)。

目前傳統鈣鈦礦太陽能電池的結構通常為FTO/TiO₂致密層/TiO₂多孔層/CH₃NH₃PbI₃/Spiro-MeOTAD/金屬電極。其中用于收集空穴的金屬電極是通過真空蒸鍍貴金屬金或銀的方法制作到空穴傳輸層的。這種體系電池發展迅速，其能量轉換效率目前已達到20％，展示了良好的發展前景。但金屬電極金銀蒸鍍工藝復雜，能耗較高，制備過程需要在10^-4Pa的真空中完成，這種條件在實驗室可以達到，但在大規模生產時卻較難實現。同時金銀等貴金屬價格昂貴，工藝成本高，既無法滿足大面積規?；a，同時又面臨金屬電極被其它功能層腐蝕的風險。因此，我們迫切需要尋求一種簡單低成本的方法來大規模制備鈣鈦礦太陽能電池。2014年D.Worsley等開發了新型疊合式結構鈣鈦礦電池，該工作將鑲嵌在聚合物中的鎳網和透明導電膠結合起來，替換掉蒸鍍的金銀電極，簡化了對電極制作流程，且電池光電轉換效率達到了15％(Advanced Materials,2014.V.26.7499-7504)。這種雙電極疊合式的方法，通過兩層界面處理層將光陽極和背基板連接，使空穴順利被提取并傳輸到背基板上，制作工藝簡單，價格低廉，無需真空，可以對基底進行靈活的變換，有利于靈活設計電極的納米結構，為將來制作柔性電極奠定了基礎。

發明內容

本發明的目的是提供一種新型疊合式鈣鈦礦太陽能電池的制備方法，并提供以這種方法制備鈣鈦礦太陽能電池的一些優化條件。

本發明的技術方案：

一種新型疊合式鈣鈦礦太陽能電池的制備方法，由兩塊電極組成，第一塊電極由基底和PEDOT:PSS組成；第二塊電極由FTO、TiO₂、鈣鈦礦、Spiro-OMeTAD和PEDOT:PSS組成；制備步驟如下：

(1)刻蝕導電基底：用聚酰亞胺膠帶將FTO導電玻璃需要保護的區域粘住，再將Zn粉均勻涂于需要刻蝕的FTO玻璃表面，將HCl溶液滴在FTO玻璃上的Zn粉上，立即發生反應；待反應完成后，擦拭刻蝕區域，將表面未反應的溶液擦去；

(2)制備TiO₂致密層：

①配制有機溶膠：