[發明專利]一種大面積鈣鈦礦太陽電池復合光電轉換層及其制備方法

在審

• 申請號: 201611154952.4
• 申請日: 2016-12-14
• 公開（公告）號: CN106784323A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 李建生;宋超先;王璐瑤
• 申請（專利權）人: 天津市職業大學
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/46;H01L51/48
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種含有可聚合基團的鈣鈦礦太陽電池復合光電轉換層及其制備方法，屬于新能源和新材料領域。

技術背景

鈣鈦礦太陽電池目前光電轉換效率已超過28%，未來可望達到50%，成為太陽電池行業的新希望。 鈣鈦礦太陽電池通常是由透明導電玻璃、致密層、鈣鈦礦光電轉換層、空穴傳輸層、金屬背電極五部分組成。鈣鈦礦光電轉換層的厚度一般為200-600nm，主要作用是吸收太陽光并產生電子-空穴對，并能高效傳輸電子-空穴對。鈣鈦礦光電轉換材料典型分子式為AMX₃，其中, A代表一價陽離子，通常為CH₃NH₃⁺、HNCHNH₃⁺或Cs⁺ ；M代表金屬陽離子, 通常為Pb²⁺、Sn²⁺、Ge²⁺、Cu²⁺、Ni²⁺、Mn²⁺、Sb³⁺、Bi³⁺；X代表陰離子, 通常為Cl^-、Br^-、I^-、CNS^-或PF₆^-。

目前國內外已對金屬陽離子和鹵素陰離子的研究比較透徹，而對一價陽離子的組成、結構和作用機制的研究才剛剛起步。中國專利CN104993058(2015-10-12)公開采用帶有伯胺基的聚合物作為一價陽離子構建新型鈣鈦礦光電轉換材料。中國專利申請2016109969221 (2016-11-14)和2016109969522 (2016-11-14)公開采用芳香羥基氨和二酰亞胺改進鈣鈦礦光電轉換材料性能。如果一價陽離子分子比較大或是二胺結構分子，三維鈣鈦礦晶體結構的高度對稱性就容易被破壞，形成二維層狀鈣鈦礦型光電轉換材料，典型分子式為NMX₄。研究發現二維層狀鈣鈦礦型光電轉換材料的光電轉換性能雖然不及常用的三維鈣鈦礦型光電轉換材料，卻具有更好的環境穩定性、導電性能和良好的空穴分離與傳輸性能。研究發現將三維鈣鈦礦型光電轉換材料和二維鈣鈦礦型光電轉換材料混合應用，可以穩定和提高鈣鈦礦太陽電池光電轉換層性能，代表性專利包括CN104795501(2015-07-22) 、CN104795501(2015-07-22) 、CN105742504(2016-07-06) 、CN106098943(2016-11-09)和CN2016109969221(2016-11-14)。

目前鈣鈦礦型光電轉換材料中一價陽離子品種還比較少，鈣鈦礦光電轉換材料成膜性能不好，還不能滿足大面積鈣鈦礦太陽電池光電轉換層工程化涂布要求。設計新型鈣鈦礦光電轉換材料分子或研究將不同類型的鈣鈦礦型光電轉換材料組合應用是加快鈣鈦礦太陽電池應用開發的重要措施。

發明內容

本發明的目的是提供一種大面積鈣鈦礦太陽電池復合光電轉換層，特別是采用三維鈣鈦礦型光電轉換材料薄膜和可聚合二維層狀鈣鈦礦型光電轉換材料薄膜組成鈣鈦礦太陽電池復合光電轉換層，并用可聚合二維層狀鈣鈦礦型光電轉換薄膜作為空穴傳輸層，以簡化大面積鈣鈦礦太陽電池制備工藝。

本發明中三維鈣鈦礦型光電轉換材料薄膜組成為AMX₃，其中, A為CH₃NH₃⁺、CH(NH₂)₂⁺、Cs⁺ 或其混合物；M為Pb²⁺、Sn²⁺、Ge²⁺、Cu²⁺、Ni²⁺、Mn²⁺、Sb³⁺、Bi³⁺或其混合物；X為Cl^-、Br^-、I^- 、CNS^-、BF₄^-、PF₆^-或其混合物。