[發明專利]一種鈣鈦礦太陽電池光吸收層涂布液及其制備方法

在審

• 申請號: 201610205082.2
• 申請日: 2016-04-05
• 公開（公告）號: CN105789447A
• 公開（公告）日: 2016-07-20
• 發明（設計）人: 李建生;黃作良;劉炳光
• 申請（專利權）人: 天津市職業大學
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/44;H01L51/48
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技術領域

本發明涉及一種鈣鈦礦太陽電池光吸收層涂布液及其制備方法，特別是以碘化銀 作為結晶誘導劑的鈣鈦礦太陽電池光吸收層涂布液，能夠明顯改善鈣鈦礦太陽電池光吸收 層結晶性能，屬于新能源和新材料領域。

技術背景

基于有機金屬鹵化物鈣鈦礦結構光吸收材料制備的太陽能電池被稱為鈣鈦礦太 陽電池，目前其光電轉換效率已超過20%,未來可望達到50%，將來可制成彩色薄膜電池裝 飾安裝在建筑物表面促進光伏一體化建筑發展，雖然鈣鈦礦太陽電池光電轉換效率數據正 在不斷刷新，但對其擴大研究和產業化中的存在的問題未引起足夠重視。

目前國內外對鹵化物鈣鈦礦光吸收材料CH₃NH₃PbI₃研究比較多，它是一種半導體 光吸收材料，其帶隙約為1.5eV，能充分吸收400-800nm的可見光，同時高效完成入射光 的吸收、光生載流子的激發、輸運、分離等多個過程。因其具有光吸收性能良好、制備條件溫 和、光電轉化效率高的特性，成為最有發展前景的鈣鈦礦電池光吸收材料。

鈣鈦礦光吸收材料CH₃NH₃PbI₃是將原料PbI₂和CH₃NH₃I溶解在有機溶劑中，然后混 合涂布或先后涂布在襯底材料上形成鈣鈦礦太陽電池光吸收層，可分為一步法和二步法。

一步法是指將CH₃NH₃I與PbI₂共同溶解在γ-丁內酯為代表的極性有機溶劑中，使 其在溶劑中加熱反應生成CH₃NH₃PbI₃，然后將溶液旋涂在襯底材料上，隨著溶劑揮發反應不 斷進行，從膜層表面顏色改變可顯示反應形成了CH₃NH₃PbI₃鈣鈦礦光吸收層。早期申請的發 明專利中一般采用一步法，例如，美國專利US2015200377（2015-07-16）、US2015249170 （2015-09-03）和US2015349282（2015-12-03）。一步法制備的光吸收層光電轉換效率不高， 主要原因是一步法制備的CH₃NH₃PbI₃鈣鈦礦光吸收層表面粗糙不均勻，未能將納米TiO₂骨架材料完全覆蓋,裸露的骨架與空穴傳輸層連接，導致內部嚴重的電子復合。

二步法是指先將PbI₂粉末溶于二甲基甲酰胺為代表的極性有機溶劑中，將其旋 涂在有納米TiO₂骨架層的襯底材料上，待溶劑揮發晾干后，將襯底材料浸入含有CH₃NH₃I的 異丙醇溶液中或再涂布CH₃NH₃I異丙醇溶液，加熱處理制得CH₃NH₃PbI₃鈣鈦礦光吸收層。二步 法制備的鈣鈦礦光吸收層光電轉換效率比一步法制備的高，主要原因是PbI₂晶體的尺寸 被納米TiO₂骨架的空隙限制在20nm以內,大大提高了PbI₂與CH₃NH₃I反應的接觸面 積,并能夠更好地控制CH₃NH₃PbI₃鈣鈦礦光吸收層的表面形貌。目前研究中大多采用二步法 制備鈣鈦礦光吸收層，例如，美國專利US2015279573（2015-10-01）和US2015287852（ 2015-10-08）。

從應用角度考慮，二步法原位制備CH₃NH₃PbI₃鈣鈦礦光吸收層工藝控制條件復雜， 影響因素比較多，襯底材料的晶體結構和表面形貌也影響鈣鈦礦光吸收層性能，不適合擴 大研究和產業化應用。市場期待一種鈣鈦礦太陽電池光吸收層涂布液，使用簡單的一步法 能夠得到二步法同樣的或更好的鈣鈦礦光吸收層。

發明內容