[發明專利]一種高效鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法

有效

• 申請號: 201510254769.0
• 申請日: 2015-05-18
• 公開（公告）號: CN105428438B
• 公開（公告）日: 2017-03-08
• 發明（設計）人: 張躍;司浩楠;廖慶亮;張光杰;馬明園
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: H01L31/042
• 分類號: H01L31/042;H01L31/0352;H01L31/18
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司11401
• 代理人: 皋吉甫

技術領域

本發明屬于納米功能器件光伏太陽能電池領域，涉及高效鈣鈦礦太陽能電池的制備，尤其是一種高效鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法。

背景技術

能源是社會和經濟發展的重要基礎條件，迄今為止人類社會發展仍然主要依賴于化石能源。但化石能源在地球上的分布極不均衡，并且終究會枯竭。另外燃燒化石能源帶來的環境污染、霧霾天氣和溫室效應嚴重威脅人類社會的可持續發展。太陽能電池能夠利用太陽能直接轉化為電能，可以為人類社會發展提供取之不盡用之不竭的清潔能源，是人類社會應對能源危機，解決環境問題，尋求可持續發展的重要對策。

目前硅太陽能電池及化合物半導體太陽能電池仍然是太陽能電池中主要的商用電池，但是無論是電池材料本身還是制備技術都需要較高的成本。新型太陽能電池成為各國競相研究的焦點。2009年，日本Miyasaka等人在研究敏化太陽電池的過程中，首次使用具有鈣鈦礦結構的有機金屬鹵化物CH₃NH₃PbBr₃和CH₃NH₃PbI₃作為敏化劑，拉開了鈣鈦礦太陽電池研究的序幕。在隨后短短的幾年時間內，鈣鈦礦太陽電池技術取得了突飛猛進的發展([1]ImJH,LeeCR,LeeJW,etal.Nanoscale,2011,3:4088–4093.[2]LeeMM,TeuscherJ,MiyasakaT,etal.Science,2012,338:643–647.[3]KimHS,LeeCR,ImJH,etal.SciRep,2012,2:591.[4]BurschkaJ,PelletN,MoonSJ,etal.Nature,2013,499:316–319.[5]LiuM,JohnstonMB,SnaithHJ.Nature,2013,501:395–398)，能量轉換效率已經超過了染料敏化太陽電池、有機太陽電池和量子點太陽電池。2014年第一期英國《自然（NATURE）》周刊甚至預計鈣鈦礦太陽電池的能量轉換效率會達到20%，也就是達到目前技術已經比較成熟的CuInGaSe薄膜太陽電池的水平。目前研究的鈣鈦礦太陽能電池結構研究主要集中于三種，第一種是介孔結構，此結構是由染料敏化太陽能電池演化而來，鈣鈦礦材料作為光敏化劑覆蓋在多孔TiO₂或Al₂O₃上，其結構為透明導電玻璃/TiO₂或ZnO致密層/鈣鈦礦敏化的多孔TiO₂或Al₂O₃層/HTM/金屬電極；第二種是平面異質結薄膜結構，其結構為透明導電玻璃/TiO₂或ZnO致密層/鈣鈦礦層/HTMs/金屬電極，在這種結構中，鈣鈦礦不僅僅是光吸收層，而且充當電子和空穴的傳輸層；第三種是無HTM的鈣鈦礦太陽能電池。

鈣鈦礦太陽能電池具有較高的光電轉化效率，而且制備條件多樣，工藝簡單，核心材料成本低廉。然而其對材料的質量要求較高，且其對水氧等成分敏感，嚴重破壞器件的穩定性，限制了鈣鈦礦電池的廣泛應用。

發明內容

為了解決上述問題，本發明的目的是提供一種工藝簡單，核心材料成本低廉，且有助于提高鈣鈦礦光伏器件的光學性能和穩定性的本發明涉及光伏電池，提供了一種高效鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法。

本發明的技術方案是：一種高效鈣鈦礦太陽能電池，該高效鈣鈦礦太陽能電池的結構是：導電襯底、半導體氧化物電子傳輸層、介孔層和有機無機雜化的鈣鈦礦層、空穴傳輸層以及金屬對電極，該高效鈣鈦礦太陽能電池還包括絕緣緩沖層，所述絕緣緩沖層的引入位置為半導體氧化物電子傳輸層和介孔層和有機無機雜化的鈣鈦礦層之間，或者介孔層和有機無機雜化的鈣鈦礦層與空穴傳輸層之間。