[發(fā)明專利]一種金屬摻雜鈣鈦礦薄膜、其制備方法及應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610205639.2
• 申請日: 2016-04-05
• 公開（公告）號: CN105702865B
• 公開（公告）日: 2018-08-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 麥耀華;范建東;張星;劉沖;沈艷嬌;李紅亮;陳榮榮
• 申請（專利權(quán)）人: 河北大學(xué)
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/48
• 代理公司: 石家莊國域?qū)＠虡?biāo)事務(wù)所有限公司 13112
• 代理人: 胡素梅;白海靜

本發(fā)明提供了一種金屬摻雜鈣鈦礦薄膜、其制備方法及應(yīng)用。本發(fā)明中金屬摻雜鈣鈦礦薄膜的制備方法具體是：將金屬粉末溶解在HX溶液中，形成含有金屬離子的HX溶液，X為Cl、Br或I；將含有金屬離子的HX溶液與甲胺溶液通過混合、烘干，制備成摻雜金屬離子的MAX粉末；將摻雜金屬離子的MAX粉末與鉛鹽混合并溶于二甲基甲酰胺中，制備成鈣鈦礦前驅(qū)液；所述鉛鹽為PbBr₂、PbI₂或PbCl₂；將鈣鈦礦前驅(qū)液通過旋涂工藝制備成摻雜金屬離子的鈣鈦礦薄膜。本發(fā)明通過液相一步法制備出了摻雜金屬離子的鈣鈦礦薄膜，所制備的鈣鈦礦薄膜覆蓋度得到明顯的增加，完全可以滿足鈣鈦礦太陽能電池對鈣鈦礦薄膜高質(zhì)量的要求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及太陽能電池技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種金屬摻雜鈣鈦礦薄膜、其制備方法及應(yīng)用。

背景技術(shù)

太陽能電池能夠?qū)⑻柲苤苯愚D(zhuǎn)換成電能，由于太陽能是取之不盡用之不竭的清潔能源，因此太陽能電池是人類應(yīng)對能源危機(jī)，尋求可持續(xù)發(fā)展的重要對策。目前，晶體硅太陽能電池占有89%的光伏市場份額。然而，昂貴的原材料及其繁瑣的電池工藝限制了晶體硅太陽能電池的長遠(yuǎn)發(fā)展。在過去的十年里，薄膜太陽能電池包括硅基薄膜、Cu(In，Ga)Se_2-xS_x以及CdTe電池等也開始實(shí)現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化。作為第三代太陽能電池的杰出代表，鈣鈦礦太陽能電池是一種以有機(jī)無機(jī)鈣鈦礦材料產(chǎn)生光生電子和空穴對的一類新型全固態(tài)有機(jī)金屬鹵化物薄膜太陽能電池。鈣鈦礦太陽能電池具有能量轉(zhuǎn)換效率高，載流子擴(kuò)散長度長、遷移率高，核心光電轉(zhuǎn)換材料廉價(jià)易得等優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)過短短五年的發(fā)展，其實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)換效率從3.8%提升至20.1%左右。

目前，鈣鈦礦太陽能電池中所用到的鈣鈦礦材料主要是碘化鉛甲胺（CH₃NH₃PbI₃），它的帶隙約為1.5 eV，消光系數(shù)高，幾百納米厚薄膜就可以充分吸收800 nm以下的太陽光。CH₃NH₃PbI₃在制備時通常采用液相一步法來完成，即：將PbI₂與CH₃NH₃I以一定的摩爾比例混合，然后溶解于N，N-二甲基甲酰胺（DMF）溶液中，待完全溶解后旋涂于相應(yīng)的基底上，之后對薄膜進(jìn)行熱處理即形成CH₃NH₃PbI₃鈣鈦礦薄膜。但是，采用液相一步法所制備的CH₃NH₃PbI₃鈣鈦礦薄膜覆蓋度差，導(dǎo)致空穴傳輸層（HTM）與致密層直接接觸，致使電子空穴對復(fù)合增加，影響電池的性能。而且，平板異質(zhì)結(jié)電池存在電池正反掃回滯大，電池效率不穩(wěn)定等問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的之一就是提供一種金屬摻雜鈣鈦礦薄膜，該金屬摻雜鈣鈦礦薄膜通過摻入金屬離子來提高鈣鈦礦薄膜的質(zhì)量及覆蓋度，可用來制備高效穩(wěn)定的鈣鈦礦太陽能電池。

本發(fā)明的目的之二就是提供一種金屬摻雜鈣鈦礦薄膜的制備方法，該方法通過液相一步旋涂法可制備出摻雜金屬離子的高質(zhì)量的鈣鈦礦薄膜。

本發(fā)明的目的之三就是提供一種上述金屬摻雜鈣鈦礦薄膜的應(yīng)用，即：提供一種鈣鈦礦太陽能電池，該鈣鈦礦太陽能電池中應(yīng)用了上述摻雜金屬離子的高質(zhì)量的鈣鈦礦薄膜。

本發(fā)明的目的之一是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種金屬摻雜鈣鈦礦薄膜，在鈣鈦礦薄膜中摻有Al、Zn、Fe、Cu、Ag或Mn金屬離子。

高質(zhì)量的鈣鈦礦薄膜須具有以下幾個特點(diǎn)：(1) 較好的覆蓋度；(2) 較少的晶界，即較大尺寸的晶粒結(jié)構(gòu)；(3) 好的結(jié)晶性，取向性；(4) 較高的穩(wěn)定性；(5) 好的吸收能力；(6) 較好的電子—空穴傳輸能力。本發(fā)明通過摻入金屬離子制備出了金屬摻雜的鈣鈦礦薄膜，制備成本低廉，且所獲得的鈣鈦礦薄膜的質(zhì)量較高。