[發明專利]一種鈣鈦礦薄膜及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 201510272652.5
• 申請日: 2015-05-26
• 公開（公告）號: CN104979494A
• 公開（公告）日: 2015-10-14
• 發明（設計）人: 譚占鰲;李聰;郭強;喬文遠;程泰;王福芝;戴松元
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: H01L51/56
• 分類號: H01L51/56
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 朱琨

技術領域

本發明屬于鈣鈦礦太陽能電池技術領域，具體涉及一種鈣鈦礦薄膜及其制備方法和應用。

背景技術

近年來興起的有機金屬鹵化物CH₃NH₃PbI₃鈣鈦礦太陽能電池具有效率高、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，因而備受關注。鈣鈦礦太陽能電池的發展十分迅速，在不到四年的時間里，電池效率由不到5％提升到了21％。

鈣鈦礦材料目前主要是鹵化鉛PbX₂(X＝Cl、Br、I)，將其與CH₃NH₃I反應，直接生成鈣鈦礦薄膜。但是采用鹵化鉛作為制備鈣鈦礦材料的前驅體溶液時，由于成膜后需要在較高溫度下進行較長時間的熱退火處理，使得鈣鈦礦晶體結晶速度過快，導致鈣鈦礦晶體之間互相收縮，并不能形成致密連續的薄膜。因此，如何有效控制鈣鈦礦的結晶過程，從而得到致密連續的薄膜成為目前研究的重點。

發明內容

本發明的目的是提供一種鈣鈦礦薄膜及其制備方法和應用。具體技術方案如下：

一種鈣鈦礦薄膜的制備方法，使用醋酸鉛作為鉛源，通過一步溶液法加工，將醋酸鉛與CH₃NH₃I的混合液作為前驅體溶液旋涂，經熱處理得到致密連續的鈣鈦礦薄膜。

優選地，所述混合液溶液旋涂在空穴傳輸層上，所述熱處理包括：熱退火，然后結晶成致密連續的鈣鈦礦薄膜。所述空穴傳輸層為高功函金屬氧化物、p型共軛聚合物或p型導電聚合物中的一種或幾種。

優選地，所述前驅體溶液的溶劑為極性溶劑。更優選地，所述前驅體溶液的溶劑為N,N二甲基甲酰胺、γ-丁內酯中的一種或幾種的混合物。

優選地，所述醋酸鉛與CH₃NH₃I的摩爾比為1:3；所述前驅體溶液的質量分數為20％-40％。

優選地，所述旋涂時的轉速為4000-8000rpm。所述旋涂的時間為60-120s。更優選地，旋涂的時間為90s。

優選地，所述熱退火在80-120℃下進行。更優選地，熱退火在100℃下進行。

優選地，所述熱退火時間為10-40min。更優選地，熱退火時間為20min。

一種按照上述方法制備得到的鈣鈦礦薄膜。

一種鈣鈦礦太陽能電池，其結構為p-i-n型，如透明導電金屬氧化物層/空穴傳輸層/鈣鈦礦吸光層/電子傳輸層/金屬電極層，或為n-i-p型，如透明導電金屬氧化物層/電子傳輸層/鈣鈦礦吸光層/空穴傳輸層/金屬電極層，或透明導電金屬氧化物層/致密電子傳輸層/多孔電子傳輸層/鈣鈦礦吸光層/空穴傳輸層/金屬電極層。所述鈣鈦礦太陽能電池中的鈣鈦礦吸光層按照上述方法制備得到。

上述p-i-n型鈣鈦礦太陽能電池具體制備步驟如下：

1)空穴收集層的制備：以濺射有透明導電金屬氧化物薄膜的玻璃或聚酯薄膜的作為襯底，在透明導電金屬氧化物陽極層上紫外臭氧照射后，2000rpm，35s旋涂PEDOT:PSS，厚度為10nm-50nm，經烘烤，150℃下熱退火10min，得到空穴收集層；

2)鈣鈦礦層的制備：將醋酸鉛與CH₃NH₃I按摩爾比1:3溶解于DMF(N,N二甲基甲酰胺)中配成質量分數為20-40％的鈣鈦礦前驅體溶液，常溫下攪拌20min，將前驅體溶液4000-8000rpm，90s旋涂在陽極上，100℃下熱退火20min；

3)電子收集層的制備：將質量分數為10-30％的PC₆₀BM氯苯溶液的在1000-4000rpm的轉速下旋涂于鈣鈦礦層上面，膜厚度為：10-120nm；

4)低功函陰極的制備：在電子收集層上真空蒸鍍Al作為陰極層。

上述n-i-p型鈣鈦礦太陽能電池具體制備步驟如下：

一、透明導電金屬氧化物層/電子傳輸層/鈣鈦礦吸光層/空穴傳輸層/金屬電極層。

1)電子收集層的制備：

致密二氧化鈦的制備：將稀釋過后的異丙醇鈦溶液加入少量的鹽酸，2000rpm，60s旋涂于透明導電金屬氧化物層上，500℃下30min，得到致密二氧化鈦；