[發明專利]一種疏水性鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201610564233.3
• 申請日: 2016-07-18
• 公開（公告）號: CN106058061B
• 公開（公告）日: 2018-03-13
• 發明（設計）人: 方國家;楊光;雷紅偉
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: H01L51/48
• 分類號: H01L51/48
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙)42222
• 代理人: 馬麗娜

技術領域

本發明涉及一種在鈣鈦礦層中摻入長烷基鏈疏水性分子正辛基三甲氧基硅烷的鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法和應用，屬于光電子材料與器件領域。

背景技術

近年來，能源危機變得越來越緊迫，清潔能源的研究變得越來越迫切。清潔能源包括太陽能、風能、水電能等。太陽能由于取之不盡用之不竭，而光伏電池能將太陽能直接轉化為電能具有很大的應用前景。目前的太陽能電池由硅太陽能電池發展到現今較為成熟的有機太陽能電池、染料敏化太陽能電池和銅銦嫁錫太陽能電池等。但目前這些電池在應用方面還存在成本高、穩定性差等很多問題，所以太陽能的開發和利用還處于起步階段，有關太陽能電池的研究也很迫切，國內外投入了很多的研究精力，都希望在太陽能電池領域能取得巨大的突破。

最新發現的鈣鈦礦太陽能電池近年來發展迅速，由于其具有很高的光電轉化效率，在國內外引起了空前巨大的研究熱潮，并且已經取得了豐碩的研究成果。鈣鈦礦吸光材料由于具有較高的載流子遷移率、帶隙可調、溶液法制備以及高的吸收系數，因而鈣鈦礦太陽能電池可以獲得高的短路電池、開路電壓和填充因子。目前，這一領域的迅速發展吸引了來自世界各國科學家們的研究興趣。然而，鈣鈦礦材料本身對于空氣和水的不穩定性在一定程度上也限制了鈣鈦礦太陽能電池的商業應用。

在溫度或者濕度較高的條件下，鈣鈦礦材料的晶格容易被破壞而導致材料的分解。所以很多科學研究者從材料結構設計以及器件設計方面著手，在一定程度上改善了鈣鈦礦太陽能電池的穩定性。本發明則是通過在鈣鈦礦前驅液中添加長烷基鏈疏水性分子這種簡單有效的的途徑來改善鈣鈦礦的成膜質量，同時又能提高鈣鈦礦薄膜的抗水能力，增加鈣鈦礦太陽能電池的效率和穩定性。

發明內容

本發明所要解決的問題是針對現有的鈣鈦礦太陽能電池在一定濕度下的不穩定性問題，提出在鈣鈦礦前驅液中添加長烷基鏈疏水性分子的方案，從而改善鈣鈦礦薄膜的成膜質量，提高其疏水性能和抗水能力，從而提高鈣鈦礦太陽能電池的效率和穩定性。

本發明所提供的技術方案具體如下：

一種疏水性鈣鈦礦太陽能電池的制備方法，包括以下步驟：

(1)先將透明導電襯底采用半導體工藝清洗，用氮氣吹干；

(2)在清洗后的透明導電襯底上制備金屬氧化物電子傳輸層，退火處理；

(3)按摩爾比1：1將CH₃NH₃I和PbI₂一同溶解在二甲基甲酰胺和二甲基亞砜的混合溶劑中，其中，二甲基甲酰胺和二甲基亞砜的體積比為4：1；然后添加相當于CH₃NH₃I 1～8％摩爾量的正辛基三甲氧基硅烷，室溫下攪拌2小時，得到鈣鈦礦前驅體溶液；將配制好的鈣鈦礦前驅體溶液用甩膠機均勻地旋涂在經退火處理的金屬氧化物電子傳輸層上，在基片旋轉過程中，滴加不溶解鈣鈦礦材料的氯苯溶劑；甩好后先在65攝氏度下退火2分鐘，再在100攝氏度下退火10分鐘，得到鈣鈦礦吸光層；

(4)在鈣鈦礦吸光層上旋涂一層空穴傳輸層；

(5)在空穴傳輸層上蒸發制備金屬電極層。

所述的透明導電襯底為FTO導電玻璃。

所述的CH₃NH₃I在二甲基甲酰胺和二甲基亞砜的混合溶劑中的濃度為1.38mol/L。

所述的金屬氧化物電子傳輸層為SnO₂薄膜。

所述步驟(2)具體為：首先將0.1mol/L的SnCl₂·2H₂O乙醇溶液攪拌10～40分鐘，得到金屬氧化物前驅體溶液；將配制好的金屬氧化物前驅體溶液用甩膠機均勻地旋涂在清洗干凈的透明導電襯底上；最后在180攝氏度條件下退火1小時，得到金屬氧化物電子傳輸層。

所述步驟(4)具體包括以下步驟：首先配制含68mM的2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴、26mM的雙三氟甲基磺酸亞酰胺鋰和55mM的4-叔丁基吡啶的空穴傳輸層前驅體溶液，溶劑是體積比為10：1的氯苯/乙腈混合液；然后將配制好的空穴傳輸層前驅體溶液用甩膠機均勻地旋涂在鈣鈦礦吸光層上，形成空穴傳輸層。

所述的金屬電極層為金電極。

一種疏水性鈣鈦礦太陽能電池，由上述疏水性鈣鈦礦太陽能電池的制備方法制備得到。

上述疏水性鈣鈦礦太陽能電池在光電領域中的應用。