[發明專利]一種陰極修飾型平面鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法

有效

• 申請號: 201710176355.X
• 申請日: 2017-03-23
• 公開（公告）號: CN106960908B
• 公開（公告）日: 2020-04-28
• 發明（設計）人: 高進偉;張文輝;丁陽;姜月
• 申請（專利權）人: 華南師范大學
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/44;H01L51/46;H01L51/48
• 代理公司: 廣州知友專利商標代理有限公司 44104
• 代理人: 宣國華

本發明公開了一種陰極修飾型平面鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法，自下而上依次包括導電襯底、空穴傳輸層、鈣鈦礦層、電子傳輸層、陰極修飾層和金屬對電極，所述的陰極修飾層的材質為乙酰丙酮氧化鈦(TOPD),陰極修飾層的設置在一定程度上降低了陰極金屬電極與電子傳輸層之間的接觸勢壘，減小了串聯電阻，很大程度上提高了填充因子和電流密度，使能量轉換效率得到了有效提高；另一方面，相對于利用熱蒸鍍無機陰極界面修飾層而言，極大地簡化制備工藝，降低制備成本。本發明全過程采用低溫制備工藝為實現高效柔性鈣鈦礦太陽能電池的商業化提供了新的途徑和可靠性。

技術領域

本發明屬于平面鈣鈦礦太陽能電池領域，具體涉及一種醇溶液陰極界面修飾型平面鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法。

背景技術

隨著化石燃料的日益枯竭，發展清潔能源是人類實行可持續發展的必然手段。太陽能電池通過將源源不斷的太陽能轉化成電能，提供取之不盡用之不竭的清潔能源，是尋求可持續發展的重要對策。

目前商業化的電池主要是以硅太陽能電池及其化合物太陽能電池為主導，材料成本和制備成本較高，制約了它的發展，因此低成本、制備工藝簡單的新型太陽能電池成為各國競相研究的焦點。尤其是鈣鈦礦太陽能電池成本低廉，制備工藝簡單，2009年，日本的Miyasaka等人首次引用有機無機混合鈣鈦礦材料MAPbI₃和MAPbBr₃作為染料敏化劑用于燃料敏化太陽能電池，大大提高了器件的性能。從此這種有機無機混合鈣鈦礦材料受到廣泛的關注。在短短的幾年內，鈣鈦礦太陽能電池技術取得突飛猛進的發展，效率從3.8％急劇上升到22％，遠遠超過了有機太陽能電池(OPV)、染料敏化太陽能電池(DSSC)和量子點太陽能電池，達到了目前比較成熟的CuInGaSe薄膜太陽能電池水平，然而核心材料的成本大大較低，操作工藝十分簡單，成為第三代新型薄膜太陽能電池中最具潛力的一顆星。

目前，鈣鈦礦太陽能電池的結構主要有兩種，一種是基于無機半導體氧化物為光陽極的n-i-p型鈣鈦礦太陽能電池，該電池結構制備工藝通常需要高溫退火過程，另一種是基于聚合物半導體空穴傳輸層為光陽極的p-i-n行鈣鈦礦太陽能電池，該結構與制備工藝簡單，可以在低溫下制備，為柔性太陽電池發展開辟了道路，但是該類器件的性能相對降低。為了提高這種p-i-n行反向平面鈣鈦礦太陽能電池的性能本發明采用一種低成本工藝簡單的醇溶液陰極界面修飾，在一定程度上降低了陰極與電子傳輸層之間的接觸勢壘，減小了串聯電阻，很大程度上提高了填充因子和電流密度，使能量轉換效率得到了有效提高。

發明內容

本發明的目的在于提供一種陰極修飾型平面鈣鈦礦太陽能電池，使能量轉換效率得到了有效提高。

本發明的另一個目的在于提供上述太陽能電池的制備方法。

本發明目的通過以下技術措施來實現：一種陰極修飾型平面鈣鈦礦太陽能電池，自下而上依次包括導電襯底、空穴傳輸層、鈣鈦礦層、電子傳輸層和金屬對電極，其特征在于：所述電子傳輸層和金屬對電極之間設有陰極界面修飾層，所述的陰極界面修飾層的材質為乙酰丙酮氧化鈦(TOPD)。

本發明另一目的通過以下技術措施來實現：一種陰極修飾型平面鈣鈦礦太陽能電池的制備方法，包括以下步驟：

(1)選取導電襯底并刻蝕圖案，清洗后獲得已刻蝕的導電基底；

(2)將步驟(1)中的已刻蝕的導電基底采用等離子處理后，再采用旋涂法沉積聚合物半導體空穴傳輸材料，退火后獲得空穴傳輸層；

(3)制備鈣鈦礦前驅溶液，在步驟(2)的空穴傳輸層上旋涂鈣鈦礦前驅溶液，在旋涂過程中加入反溶劑，旋涂后退火，冷卻后得到致密的鈣鈦礦薄膜；

(4)在步驟(3)得到的致密鈣鈦礦薄膜上旋涂富勒烯衍生物電子傳輸層溶液，獲得電子傳輸層；

其特征在于：還包括