[發明專利]一種鈣鈦礦型太陽能電池及其制備方法

在審

• 申請號: 201710309186.2
• 申請日: 2017-05-04
• 公開（公告）號: CN106953019A
• 公開（公告）日: 2017-07-14
• 發明（設計）人: 張青紅;戚佳斌;趙可;景超;侯成義;王宏志;李耀剛
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/48
• 代理公司: 上海泰能知識產權代理事務所31233
• 代理人: 黃志達

技術領域

本發明屬于太陽能電池及其制備領域，特別涉及一種鈣鈦礦型太陽能電池及其制備方法。

背景技術

太陽能電池是通過光電效應或者光化學效應直接把光能轉化成電能的裝置。隨著太陽能發電作為一種清潔能源得到越來越廣泛應用，對太陽能電池的制備工藝等指標要求更為簡單快捷。普通太陽能電池的制備工藝大多以單晶硅或多晶硅作為太陽光吸收材料的晶體硅太陽能電池。由于該類型電池存在制備工藝流程長，制備過程能耗高和制備設備昂貴等缺點，容易出現電池片生產周期長、高投入低產出的問題。

鈣鈦礦太陽能電池是一類新興的太陽能電池，主要是利用類似ABX₃(A＝CH₃NH₃⁺等；B＝Pb²⁺，Sn²⁺等；X＝Cl^-，Br^-，I^-等)具有鈣鈦礦結構的光伏材料來實現光電轉換，具有原材料來源廣泛、制作工藝簡單、價格低、可制備成柔性電池等優點。鈣鈦礦太陽能電池的基本結構包括襯底、透明電極、電子傳輸材料、鈣鈦礦材料吸光層、空穴傳輸材料和金屬電極。鈣鈦礦太陽能電池將光能轉換成電能可以分為三個主要過程：(1)一定能量的光子被吸光層吸收并產生電子空穴對；(2)電子空穴對擴散至吸光材料的界面處時發生電荷分離；(3)電子沿電子傳輸材料經電極進入外電路，空穴沿空穴傳輸材料經電極進入外電路，通過負載完成光能向電能的轉換。

從2009年開始，文獻“Kojima,A.,Teshima,K.,Shirai,Y.&Miyasaka,T.Organometal halide perovskites as visible-light sensitizers for photovoltaic cells.J.Am.Chem.Soc.2009,131,6050–6051.”首先報道了鈣鈦礦材料作為太陽能電池的吸光材料，隨著研究的深入，鈣鈦礦太陽能電池的效率迅速提升。2015年，文獻“Jeon,N.J.；Noh,J.H.；Yang,W.S.；Kim,Y.C.；Ryu,S.；Seo,J.；Seok,S.I.Compositional Engineering of Perovskite Materials for High-Performance Solar Cells.Nature 2015,517,476-480.”與文獻“Yang,W.S.；Noh,J.H.；Jeon,N.J.；Kim,Y.C.；Ryu,S.；Seo,J.；Seok,S.I.High-Performance Photovoltaic Perovskite Layers Fabricated through Intramolecular Exchange.Science 2015,348,1234-1237.”分別報道了高效的鈣鈦礦太陽能電池，大大的提高了鈣鈦礦太陽能電池的光電轉換效率。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種鈣鈦礦型太陽能電池及其制備方法，本發明從制備高質量鈣鈦礦吸光層薄膜入手，在制備TiO₂多孔膜之后，制備吸光層之前，在TiO₂多孔膜上制備晶種層，既不影響Ti0₂傳輸電子的能力，又對Ti0₂和鈣鈦礦的界面起到了修飾作用，可以減少吸光層鈣鈦礦膜的針孔，提高其均勻性，以及起到減少TiO₂對鈣鈦礦光催化的功能，提高鈣鈦礦太陽能電池穩定性，同時可以有效減少界面復合。該方法簡單、易行、可控制，能夠有效地提高鈣鈦礦太陽能電池的光電轉化效率，具有較高的應用價值。

本發明的一種鈣鈦礦型太陽能電池，自下而上依次包括：導電玻璃1、電子傳輸層2、吸光層4、空穴傳輸層5和對電極6，其特征在于：電子傳輸層2和吸光層4之間有晶種層3，其中晶種層的材料為無機半導體化合物量子點。

所述電子傳輸層2的材料為TiO₂。

所述電子傳輸層2由Ti0₂致密膜層和Ti0₂多孔膜層組成；其中Ti0₂致密膜層的厚度為30nm-70nm，具體可為50nm；Ti0₂多孔膜層的厚度為100nm-800nm，具體可為300nm，孔徑為5nm-60nm，具體可為30nm。

所述無機半導體化合物量子點為硒化鎘CdSe、碲化鎘CdTe、硫化鉛PbS中的一種或幾種。