[發明專利]高性能鈣鈦礦薄膜及其制備方法和太陽能電池

有效

• 申請號: 201611264260.5
• 申請日: 2016-12-31
• 公開（公告）號: CN106784328B
• 公開（公告）日: 2020-05-15
• 發明（設計）人: 楊松旺;于宇;劉巖
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/46;H01L51/48
• 代理公司: 上海瀚橋專利代理事務所(普通合伙) 31261
• 代理人: 鄭優麗;熊子君

本發明涉及高性能鈣鈦礦薄膜及其制備方法和太陽能電池，所述鈣鈦礦多晶薄膜的化學式為ABX₃，所述制備方法包括如下步驟：（1）鈣鈦礦前驅體溶液制備，將B的鹵化物和X的一價陽離子鹽溶解在擁有含氧基團溶劑中形成鈣鈦礦前驅體溶液；（2）將步驟（1）獲得的鈣鈦礦前驅體溶液涂覆在基底上形成鈣鈦礦前驅體薄膜，在成膜過程中在薄膜表面滴加第二溶劑，其中，所述第二溶劑中含有不溶于所述鈣鈦礦前驅體溶液的反溶劑；（3）將步驟（2）所述的鈣鈦礦前驅體薄膜進行結晶處理得到高性能鈣鈦礦多晶薄膜。

技術領域

本發明屬于太陽能電池技術領域，尤其涉及一種太陽能電池用薄膜的制備方法，更具體而言，涉及一種織構化鈣鈦礦薄膜與相應的鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法。

背景技術

隨著人類社會的發展，對于能源的需求與日俱增。太陽能作為一種清潔、無污染的能源，受到國內外的廣泛關注與深入研究。基于有機-無機雜化鈣鈦礦薄膜的太陽能電池是近年發展起來的一類新型太陽能電池，其優點十分突出：1、有機-無機雜化鈣鈦礦材料制備工藝簡單、成本較低；2、具有較為適宜的帶隙寬度(1.5～2.3eV)，光吸收范圍較大；3、電荷擴散長度高達微米級，電荷壽命較長等。4、可制成半透明電池或柔性電池，易于與其它器件集成，應用場景大大拓寬。因此，鈣鈦礦太陽能電池及相關材料已成為光伏領域的一個重要研究方向，目前獲得了22.1％的認證光電轉換效率，應用前景廣闊。

鈣鈦礦ABX₃薄膜制備方法對其結構、形貌、電荷遷移率、電子壽命及光電轉換性能影響較大。目前普遍的觀點認為鈣鈦礦薄膜表面平整、致密是獲得高質量鈣鈦礦薄膜的關鍵。目前文獻中報道了的一步溶液法、兩步溶液法、氣相沉積法和氣相輔助溶液法等制備方法，均是以獲得表面平整致密的鈣鈦礦薄膜為目標。例如，對于一步溶液法，制備過程雖然比較簡單，但是所得薄膜表面較為粗糙、針孔狀缺陷較多，易造成薄膜中電荷的復合，嚴重影響了薄膜的性能。因此，以溶液法為基礎的工作多集中在選用適當的添加劑、反溶劑或者通過物理方法(如抽真空、吹起等)改變旋涂液表面的蒸氣壓等方法來提高薄膜的表面平整度，從而提高電池的性能。例如CN105702870A和CN105702871A分別公開了一種利用溶液抽氣法和溶液抽氣通氣法制備鈣鈦礦太陽能電池中鈣鈦礦薄膜的方法，CN106252520A公開了一種多流干燥氣刀及利用該氣刀制備鈣鈦礦太陽電池中鈣鈦礦薄膜的方法，目標都是獲得表面平整致密的鈣鈦礦薄膜。但是，獲得表面平整、致密的鈣鈦礦薄膜無疑增加了薄膜制備工藝的難度，增大了控制條件的復雜性，并不利于器件的大面積化制備及工業化生產。特別是，如果薄膜制備過程中的缺陷很容易導致電池效率的下降，也會使得電池批量生產的成品率大大降低。

發明內容

本發明旨在解決目前采用公開報道的鈣鈦礦薄膜制備方法易出現表面粗糙不平整、缺陷較多而影響電池性能，提出了一種新的基于不溶性反溶劑或者含不溶性反溶劑的混合反溶劑的制備方法，該方法可以獲得表面織構化的鈣鈦礦薄膜或表面超平滑鈣鈦礦薄膜，在鈣鈦礦太陽能電池中都表現出高的光電轉換效率，并且該類型鈣鈦礦薄膜的制備方法簡單，所組裝電池的可重現性高。