[發(fā)明專利]一種大面積鈣鈦礦太陽電池復(fù)合光電轉(zhuǎn)換層及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611154952.4
• 申請(qǐng)日: 2016-12-14
• 公開（公告）號(hào): CN106784323A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李建生;宋超先;王璐瑤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津市職業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L51/42
• 分類號(hào): H01L51/42;H01L51/46;H01L51/48
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1.一種大面積鈣鈦礦太陽電池復(fù)合光電轉(zhuǎn)換層，其特征在于由三維鈣鈦礦型光電轉(zhuǎn)換材料薄膜和可聚合二維層狀鈣鈦礦型光電轉(zhuǎn)換材料薄膜組成，三維鈣鈦礦型光電轉(zhuǎn)換材料薄膜涂布在光電轉(zhuǎn)換材料骨架上，厚度為100-500nm；可聚合二維層狀鈣鈦礦型光電轉(zhuǎn)換材料薄膜涂布在三維鈣鈦礦型光吸收材料薄膜上，厚度為50-200nm；可聚合二維層狀鈣鈦礦型光電轉(zhuǎn)換材料薄膜和三維鈣鈦礦型光電轉(zhuǎn)換材料薄膜的厚度比為1：2-10；二層鈣鈦礦型光電轉(zhuǎn)換材料中元素之間存在相互交換、擴(kuò)散和滲透，在二層鈣鈦礦光電轉(zhuǎn)換材料薄膜的接觸區(qū)域形成復(fù)雜的過渡層，過渡層厚度為25-100nm，可聚合二維層狀鈣鈦礦型光電轉(zhuǎn)換薄膜同時(shí)作為空穴傳輸層。

2.如權(quán)利要求1所述大面積鈣鈦礦太陽電池復(fù)合光電轉(zhuǎn)換層，其特征在于可聚合二維層狀鈣鈦礦型光電轉(zhuǎn)換材料薄膜組成為NMX₄，其中, N為可聚合化合物，包括三聚氰酸、三聚氰胺、三聚硫氰酸、三聚磷酸銨、氨基環(huán)三磷腈或其混合物；M為Pb²⁺、Sn²⁺、Ge²⁺、Cu²⁺、Ni²⁺、Mn²⁺、Zn²⁺、Fe²⁺或其混合物；X為Cl^-、Br^-、I^-或其混合物。

3.一種大面積鈣鈦礦太陽電池復(fù)合光電轉(zhuǎn)換層的制備方法，其特征在于包括三維鈣鈦礦型光電轉(zhuǎn)換材料薄膜制備、可聚合二維層狀鈣鈦礦型光電轉(zhuǎn)換材料和薄膜制備、復(fù)合光電轉(zhuǎn)換層制備和評(píng)價(jià)三部分，技術(shù)方案包括以下步驟：

（1）將三維鈣鈦礦型光電轉(zhuǎn)換材料溶解在極性有機(jī)溶劑中，用素?zé)沾陕┒肪苓^濾，形成質(zhì)量百分濃度10%-20%的光電轉(zhuǎn)換材料溶液，用線棒涂布器將光電轉(zhuǎn)換材料溶液涂布在光電轉(zhuǎn)換層骨架上，溶劑揮發(fā)后形成厚度為100-500nm的三維鈣鈦礦型光電轉(zhuǎn)換材料結(jié)晶薄膜，所述極性有機(jī)溶劑為二甲基甲酰胺、γ-丁內(nèi)酯、二甲基亞砜、六甲基磷酰三胺或其混合物；所述光電轉(zhuǎn)換層骨架是在100mm×100mm的 FTO導(dǎo)電玻璃襯底上涂布厚度為20-50nm的納米TiO₂致密層，然后涂布粒徑為40-60nm，厚度為100-600nm的TiO₂薄膜，最后在450-550℃下燒結(jié)而成；

（2）在玻璃反應(yīng)器中分別加入極性有機(jī)溶劑、氫鹵酸和金屬鹵化物，在40-60℃下攪拌至完全溶解，然后加入可聚合化合物，控制原料投料摩爾比為：可聚合化合物：HX：MX₂ = 1：2.0-2.1：0.95-1.05，繼續(xù)攪拌反應(yīng) 12-24 h，得到可聚合二維層狀鈣鈦礦型光電轉(zhuǎn)換材料溶液；真空濃縮至溶液中有結(jié)晶析出，加入無水乙醇使極性溶劑中溶解的化學(xué)組成為NMX₄的二維層狀鈣鈦礦型光電轉(zhuǎn)換材料沉淀出來，真空過濾、無水乙醇洗滌、真空干燥后得到精制的NMX₄結(jié)晶產(chǎn)品，所述可聚合化合物為三聚氰酸、三聚氰胺、三聚硫氰酸、三聚磷酸銨、氨基環(huán)三磷腈或其混合物；所述金屬鹵化物為金屬元素Pb、Sn、Ge、Cu、Ni、Mn、Zn、Fe的鹵化物或其混合物；

（3）將以上制備的二維層狀鈣鈦礦型光電轉(zhuǎn)換材料結(jié)晶溶解在極性有機(jī)溶劑中，用素?zé)沾陕┒肪苓^濾，形成質(zhì)量百分濃度10%-20%的鈣鈦礦光電轉(zhuǎn)換材料溶液，用線棒涂布器將鈣鈦礦光電轉(zhuǎn)換材料溶液涂布在三維鈣鈦礦型光電轉(zhuǎn)換材料結(jié)晶薄膜上，溶劑揮發(fā)后形成厚度為50-200nm 的可聚合二維層狀鈣鈦礦型光電轉(zhuǎn)換材料結(jié)晶薄膜，所述極性有機(jī)溶劑為二甲基甲酰胺、γ-丁內(nèi)酯、二甲基亞砜、六甲基磷酰三胺或其混合物；

（4）將以上制備的雙層鈣鈦礦型光電轉(zhuǎn)換材料結(jié)晶薄膜在真空條件下加熱到140-190℃，并保溫0.5-2h，使二層鈣鈦礦型光電轉(zhuǎn)換材料中元素相互交換、擴(kuò)散和滲透，在二層鈣鈦礦光電轉(zhuǎn)換材料薄膜接觸區(qū)域形成二種鈦礦光電轉(zhuǎn)換材料的混合過渡層；可聚合化合物中的未與金屬鹵化物配位結(jié)合的活性基團(tuán)在加熱條件下自聚或共聚形成更穩(wěn)定的聚合物分子；同時(shí)使鈣鈦礦光電轉(zhuǎn)換薄膜中夾帶的溶劑揮發(fā)除去，從而形成表面平滑和性能穩(wěn)定的黑色鈣鈦礦復(fù)合光電轉(zhuǎn)換層；

（5）將以上制備的鈣鈦礦復(fù)合光電轉(zhuǎn)換層及襯底導(dǎo)電玻璃裁剪成100mm×10mm的矩形，不用涂布空穴傳輸層，直接在復(fù)合光電轉(zhuǎn)換層上涂布導(dǎo)電銀膠薄膜，在150-200℃下干燥固化，表面方塊電阻為0.5-2Ω，用其組裝的鈣鈦礦太陽電池光電轉(zhuǎn)換效率為14%-15%，室內(nèi)放置一月后鈣鈦礦太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率未見下降。