[發(fā)明專利]一種新型鈣鈦礦太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)和制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710263100.7
• 申請(qǐng)日: 2017-04-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107331774B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-01-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王莉;李志鵬;陳克正
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 青島科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L51/42
• 分類號(hào): H01L51/42;H01L51/44;H01L51/48
• 代理公司: 37241 青島中天匯智知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 郝團(tuán)代

發(fā)明涉及一種新型鈣鈦礦太陽(yáng)能電池器件結(jié)構(gòu)和具有特殊結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦薄膜的制備方法，采用相分離的方法原位在鈣鈦礦薄膜的上下兩個(gè)表面析出具有鈍化特性的絕緣相，其在鈍化表面和晶界缺陷態(tài)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)在兩個(gè)界面光生載流子的隧穿，降低了界面處的能量損失，提高了器件的光電轉(zhuǎn)換效率，效率達(dá)到20％以上。另外，由于絕緣層的保護(hù)作用，提高了器件的穩(wěn)定性，在未封裝的情況下，持續(xù)光照1000小時(shí)光電轉(zhuǎn)換效率衰減小于5％，遠(yuǎn)優(yōu)于其它結(jié)構(gòu)的電池器件。

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明屬于光電材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種新型的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池器件結(jié)構(gòu)及其對(duì)應(yīng)的制備方法。

背景技術(shù)：

隨著社會(huì)的發(fā)展與進(jìn)步，能源與環(huán)境問(wèn)題受到人們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注，太陽(yáng)能電池作為解決該時(shí)代問(wèn)題的一種有效途徑，受到人們重視。目前市場(chǎng)上的太陽(yáng)能電池主流產(chǎn)品是硅電池，而晶體硅價(jià)格昂貴導(dǎo)致硅電池的成本和傳統(tǒng)的火力發(fā)電相比，不具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。這種情形下，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池作為一種新型的太陽(yáng)能電池，憑借其低廉的成本優(yōu)勢(shì)和優(yōu)異的光電性能，迅速成為了研究熱點(diǎn)，從09年誕生之初的3.8％的效率，短短幾年內(nèi)，上升為如今已獲得驗(yàn)證的22％。縱觀鈣鈦礦電池的發(fā)展歷程，鈣鈦礦電池材料、器件結(jié)構(gòu)、薄膜質(zhì)量等一系列因素嚴(yán)重制約著電池的表現(xiàn)與應(yīng)用，因此也成為人們研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。

鈣鈦礦材料的通式為ABX₃，目前以CH₃NH₃PbI₃(MAPbI₃)和NH₂CH＝NH₂PbI₃(FAPbI₃)為代表。器件結(jié)構(gòu)為介孔結(jié)構(gòu)和平面結(jié)構(gòu)，另外，根據(jù)入射光的方向不同，通常又分為正式結(jié)構(gòu)和反式結(jié)構(gòu)。無(wú)論哪種結(jié)構(gòu)的電池，通常是鈣鈦礦層直接接觸電子和空穴傳輸材料，這對(duì)鈣鈦礦薄膜的界面要求較高，否則會(huì)引起明顯的復(fù)合造成能量的損失。目前已有部分關(guān)于在界面插入絕緣層的報(bào)道，但僅局限在單層鈍化結(jié)構(gòu)，并且傳統(tǒng)方法很難實(shí)現(xiàn)在鈣鈦礦兩個(gè)表面的同時(shí)鈍化和載流子隧穿。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是解決目前在鈣鈦礦兩個(gè)表面生成均勻薄層絕緣層的難題。通過(guò)將絕緣材料溶解到鈣鈦礦的前驅(qū)體溶液當(dāng)中，一次成膜后絕緣相分散到鈣鈦礦層中，然后通過(guò)特殊的手段使其原位析出，從而在鈣鈦礦兩個(gè)表面同時(shí)形成薄層絕緣層。由于是原位生成，控制手段簡(jiǎn)單易行，而且跟鈣鈦礦材料具有很好的接觸特性，保證了其對(duì)缺陷能級(jí)很好的鈍化特性，通過(guò)控制添加絕緣相的比例和后續(xù)工藝手段，可以調(diào)控析出在表層的絕緣相的量，優(yōu)化后可以實(shí)現(xiàn)在電池器件中載流子在兩個(gè)界面的隧穿，從而降低了在此界面的復(fù)合，提高了電池的輸出電壓和效率。另外在穩(wěn)定性方面也得到了很大程度的改善。

這種工藝適合于多種器件結(jié)構(gòu)，由于是原位析出反應(yīng)，因此對(duì)器件基底的要求不高，唯一需要控制的是析出過(guò)程的實(shí)驗(yàn)參數(shù)調(diào)控，主要是通過(guò)溫度梯度等參數(shù)控制析出速率。

本發(fā)明通過(guò)下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

以具有介孔結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦P-i-N型太陽(yáng)能電池為例，一：噴涂方法制備TiO₂致密層，厚度為 30nm，然后旋涂TiO₂介孔層漿料，煅燒后厚度控制在200-300nm左右。二：將3鈣鈦礦材料和絕緣材料如δ-NH₂CH＝NH₂PbI₃混合，溶液法成膜，δ-NH₂CH＝NH₂PbI₃相均勻混合到前驅(qū)體薄膜中，通過(guò)后續(xù)的甲胺氣體處理技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)δ-NH₂CH＝NH₂PbI₃相的均勻析出，在表面覆蓋一層δ-NH₂CH＝NH₂PbI₃相。

本發(fā)明提出了一種全新的制備薄膜技術(shù)，基于該技術(shù)構(gòu)建了具有新型器件結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，在器件效率上，達(dá)到了20％以上，在壽命上，未封裝的情況下光照1000小時(shí)效率衰減僅為5％，遠(yuǎn)高于未有絕緣層結(jié)構(gòu)的電池器件。