[發明專利]鈣鈦礦太陽能電池及其制造方法

有效

• 申請號: 201610463958.3
• 申請日: 2016-06-23
• 公開（公告）號: CN107046099B
• 公開（公告）日: 2019-04-23
• 發明（設計）人: 郭宗枋;賴韋志
• 申請（專利權）人: 成功大學
• 主分類號: H01L51/44
• 分類號: H01L51/44;H01L51/46;H01L51/48
• 代理公司: 上海翼勝專利商標事務所(普通合伙) 31218
• 代理人: 翟羽

本發明公開一種鈣鈦礦太陽能電池，其包含一鈣鈦礦材料層，具有彼此相對的一第一表面及一第二表面；一電子傳輸層，配置于所述第一表面上；以及一金鎳氧化物層，配置于所述第二表面上。本發明也公開一種鈣鈦礦太陽能電池的制造方法，其包含提供一透明基板；形成一金鎳氧化物層于所述透明基板上；以及形成一鈣鈦礦材料層于所述金鎳氧化物層上。

技術領域

本發明是有關于一種鈣鈦礦太陽能電池及其制造方法，特別是關于一種使用金鎳氧化物作為透明電極層的鈣鈦礦太陽能電池及其制造方法。

背景技術

鈣鈦礦(perovskite)材料對于太陽能電池上的應用具有卓越的優勢，例如高載子遷移率、高載子擴散距離、高吸收系數等特性均適合制作高效率的太陽能電池。另一優勢為材料成本便宜且方法簡易，可利用簡單濕式涂布工序制作超薄的光吸收層且具有高光電轉效率。其發電成本預估僅有硅晶電池的五分之一至四分之一左右。由于其高光電轉換效率、低制造成本與簡易的工序，在太陽能電池的技術領域造成相當大的沖擊。但目前為止，鈣鈦礦太陽能電池的技術尚未成熟，許多基礎研究正在快速展開，引起了各國研究單位的投入大量研發。近年來，鈣鈦礦太陽能電池效率進展非常快速，目前光電轉換效率已可到達18％。

目前在多數發表的文獻中大多利用透明導電膜(transparent conductiveoxide，TCO)，先利用激光蝕刻或曝光蝕刻出圖案在電池結構上，鈣鈦礦材料可以和n型半導體金屬氧化物(n-type metal oxide)結合，再搭配合適的電洞傳輸材料(hole transportmaterials，HTM)來制作成鈣鈦礦太陽能電池，即一般常見的n型半導體金屬氧化物/鈣鈦礦/電洞傳輸材料(n-type metal oxide/perovskite/hole transport materials)的堆疊結構。n型半導體金屬氧化物與電洞傳輸材料是分別作為電子、電洞的傳輸層，可選擇性幫助由鈣鈦礦材料中萃取(charge extraction)并分離的電子電洞對。另外，如倒置型結構的太陽能電池，一般常見的作法為玻璃基板/氧化銦錫(glass/ITO)上涂布一層PEDOT：PSS(poly(3,4-ethylenedioxythiophene)poly(styrenesulfonate))，然后再將鈣鈦礦材料成長于電洞傳輸材料上，并搭配合適的電子傳輸材料制作成太陽能電池。

PEDOT：PSS的最高占據分子軌域(highest occupied molecular orbital level，HOMO)為5.1eV，可做為鈣鈦礦材料之電洞傳輸材料。此外，PEDOT：PSS還可以改善ITO之表面特性以利后續鈣鈦礦材料的成長。但是由于PEDOT：PSS為酸性物質(pH＝1.2)且具吸濕性，易造成ITO被腐蝕損傷，且伴隨著ITO中的銦(indium，In)擴散至有源層中的缺點，使得元件光電特性下降。此外，有機物質通常不利于在紫外線下的長期操作，而太陽能電池則需要具有長時間的元件穩定性才能增加其使用壽命。

故，有必要提供一種鈣鈦礦太陽能電池及其制造方法，以解決上述現有技術所存在的問題。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種鈣鈦礦太陽能電池，其利用酸堿值為中性的金鎳氧化物層，可以具有相當好的穿透率，可做為電洞傳輸材料直接和鈣鈦礦材料層接合，同時做為一透明電極。因此，所述鈣鈦礦太陽能電池可不須使用有機電洞傳輸層，結構單純且元件穩定性高，可提升元件壽命、降低消費成本，也提升了鈣鈦礦太陽能電池的可應用性。

本發明的另一目的在于提供一種鈣鈦礦太陽能電池的制造方法，可利用快速簡易的熱退火處理形成上述金鎳氧化物層，且省略了傳統有機電洞傳輸材料與透明導電膜ITO的形成步驟，可簡化制造程序。

為達成本發明的前述目的，本發明的一實施例提供一種鈣鈦礦太陽能電池，其包含：一鈣鈦礦材料層，包含彼此相對的一第一表面及一第二表面；一電子傳輸層，配置于所述第一表面上；以及一金鎳氧化物層，配置于所述第二表面上。