[發明專利]一種平面結鈣鈦礦太陽能電池及其制作方法

在審

• 申請號: 201710078023.8
• 申請日: 2017-02-14
• 公開（公告）號: CN106876591A
• 公開（公告）日: 2017-06-20
• 發明（設計）人: 云大欽;楊成武;張彬彬;周雅清
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/48
• 代理公司: 廈門市首創君合專利事務所有限公司35204
• 代理人: 張松亭,姜謐

技術領域

本發明屬于太陽能電池技術領域，具體涉及一種平面結鈣鈦礦太陽能電池及其制作方法。

背景技術

隨著經濟的發展，我們面臨的能源形式也越來越嚴峻。傳統化石燃料不僅儲量有限，而且還會造成環境污染，太陽能是清潔的可再生能源，太陽能電池可以直接將太陽能轉換成電能，有著廣泛的應用前景。晶體硅太陽能電池作為第一代太陽能電池，目前已成為光伏電池的主流產品，但是其制作過程中的高耗能、高污染特征限制其發展。化合物半導體、多晶硅等第二代太陽能電池雖然轉換效率高、節約原料，但是制備過程中的高耗能、依賴地殼稀有元素等特征也限制了其推廣。以鈣鈦礦為代表的第三代太陽能電池，具有高轉換效率、制備工藝簡單、有望實現大面積制備的優點。目前的平面結鈣鈦礦太陽能電池雖然可以達到很高的轉換效率，但是大多數采用了高溫(＞450℃)燒結制備二氧化鈦介孔層的工藝，產生高能耗和工藝復雜等缺點。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術缺陷，提供一種平面結鈣鈦礦太陽能電池。

本發明的另一目的在于提供上述平面結鈣鈦礦太陽能電池的制作方法。

本發明的技術方案如下：

一種平面結鈣鈦礦太陽能電池，包括依次層疊設置的襯底、二氧化鈦層、鈣鈦礦吸光層、空穴傳輸層和銀電極層，其中，所述二氧化鈦層為致密的層狀結構。

在本發明的一個優選實施方案中，所述鈣鈦礦吸光層和所述空穴傳輸層均為致密的平面層結構。

在本發明的一個優選實施方案中，上述二氧化鈦層的制作方法包括如下步驟：

(1)將金屬有機鈦鹽和有機醇溶劑混合成前軀體溶液，在50～95℃及pH＝1～6的酸性溶液中反應得到二氧化鈦納米膠液；上述金屬有機鈦鹽為叔丁醇鈦、異丙醇鈦、乙酰丙酮氧鈦、雙(乙酰丙酮基)二異基鈦酸酯或四氯化鈦；

(2)在清洗后的襯底上旋涂至少一層上述二氧化鈦納米膠液以形成致密的層狀結構的二氧化鈦層；

上述鈣鈦礦吸光層中的鈣鈦礦化合物為甲脒碘化鉛鈣鈦礦材料。

在本發明的一個優選實施方案中，所述二氧化鈦層的厚度為10-100nm。

在本發明的一個優選實施方案中，所述鈣鈦礦吸光層的厚度為400～800nm。

在本發明的一個優選實施方案中，所述空穴傳輸層的材料為2，2′，7，7′-四[N，N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9，9′-螺二芴(即：Spiro-OMeTAD)。

在本發明的一個優選實施方案中，所述銀電極層的厚度為80～300nm。

本發明的另一技術方案如下：

一種平面結鈣鈦礦太陽能電池的制作方法，包括如下步驟：

(1)將金屬有機鈦鹽和有機醇溶劑混合成前軀體溶液，在50～95℃及pH＝1～6的酸性溶液中水解反應得到二氧化鈦納米膠液；上述金屬有機鈦鹽為叔丁醇鈦、異丙醇鈦、乙酰丙酮氧鈦、雙(乙酰丙酮基)二異基鈦酸酯或四氯化鈦；

(2)在清洗后的襯底上旋涂至少一層上述二氧化鈦納米膠液以形成致密的層狀結構的二氧化鈦層；

(3)在上述致密的層狀結構的二氧化鈦層上再依次旋涂PbI₂和甲脒溶液，在80～120℃溫度下反應10～120min形成甲脒碘化鉛鈣鈦礦吸光層；

(4)在上述鈣鈦礦吸光層上旋涂空穴傳輸材料，形成空穴傳輸層；

(5)在上述空穴傳輸層上進行真空蒸鍍，形成銀電極層。

在步驟(1)中采用了溶膠凝膠法制備超細型銳鈦礦型二氧化鈦納米晶作為平面結鈣鈦礦太陽能電池的電子傳輸層，這樣就減少了介孔二氧化鈦層的使用，為低溫制備高效平面結鈣鈦礦太陽能電池提供了必要條件，從而顯著降低了平面結鈣鈦礦太陽能電池的生產成本。此外，控制前軀體溶液的pH值處于酸性條件下有助于形成均勻穩定的銳鈦礦結構的二氧化鈦晶型。

在步驟(2)中，實現水溶液處理和不需要退火工藝制備致密和光滑的銳鈦礦結構的二氧化鈦薄膜作為電子傳輸層，有利于提高鈣鈦礦太陽能電池的能量轉換效率。

在步驟(3)中，在80～120℃溫度下反應形成鈣鈦礦吸光層，實現了低溫退火，這樣既能保證鈣鈦礦吸光層良好的吸光性能，又確保電池工藝兼容低溫柔性基底的使用，有利于促進發展高效率和低成本的柔性鈣鈦礦太陽能電池。