[發明專利]一種鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法

有效

• 申請號: 201710314003.6
• 申請日: 2017-05-05
• 公開（公告）號: CN107170894B
• 公開（公告）日: 2019-07-26
• 發明（設計）人: 馬萬里;凌旭峰
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: H01L51/46
• 分類號: H01L51/46;H01L51/42;H01L51/48;B82Y30/00
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 陶海鋒

本發明公開了一種鈣鈦礦太陽電池及其制備方法。在陰極基底上旋涂五氯化鈮與水反應生成的氧化鈮水合物溶液，制備厚度為40～200納米的氧化鈮薄膜，形成鈣鈦礦太陽能電池的電子傳輸層；在電子傳輸層上依次制備鈣鈦礦吸光層、空穴傳輸層以及收集空穴的金屬陽極，得到鈣鈦礦太陽能電池。本發明利用溶液法制備氧化鈮電子傳輸層的方法，具有工藝簡單、易于調控的特點，制備的氧化鈮薄膜均勻、平整、致密，可實現大規模及卷對卷生產工藝；同時，制備氧化鈮電子傳輸層的過程在低溫下進行（≤150°C），無需高溫煅燒，適合于采用柔性襯底制備鈣鈦礦太陽能電池。

技術領域

本發明屬于太陽能電池技術領域，具體涉及一種鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法。

背景技術

有機——無機金屬鹵化物鈣鈦礦材料憑借其在可見光范圍中較高的吸光系數、較低的激子結合能以及較長的載流子擴散長度（大于1微米）等優異性質得到廣泛關注和研究。基于此類材料的鈣鈦礦太陽能電池的光電轉換效率在過去幾年內突飛猛進，如今已高達22.1%。另外，鈣鈦礦太陽能電池具備可溶液法制備特點，可極大地降低生產成本，成為一類極具前景的太陽能電池。

現今，高效的鈣鈦礦太陽能電池通常采用氧化鈦作為電子傳輸層，但是在氧化鈦制備的過程中需要高溫（500℃）煅燒以獲得優異的電子傳輸能力。顯然，高溫處理會引起更多的能源消耗，而且阻礙了電池在柔性基底上的應用，極大地限制了鈣鈦礦太陽能電池的推廣應用。因此開發一種低溫制備的電子傳輸材料對鈣鈦礦太陽能電池的發展尤為重要。

五氧化二鈮（簡稱氧化鈮）是一種典型的N型半導體材料，具有與氧化鈦類似的光學帶隙、能級位置和電荷傳輸特性，以及優異的化學穩定性。因此，氧化鈮被認為是一種潛在的可以代替氧化鈦作為鈣鈦礦太陽能電池電子傳輸層的材料。現今，在鈣鈦礦太陽能電池中，制備氧化鈮薄膜主要采用磁控濺射和溶膠——凝膠法，其中磁控濺射制備時需要依賴專業且精密的儀器及真空環境，這樣使得氧化鈮薄膜的制備工藝復雜，成本提高，也限制了鈣鈦礦太陽能電池卷對卷生產和印刷制備工藝的采用。溶膠——凝膠法以乙醇鈮為前驅體，原料價格較昂貴，在氧化鈮薄膜的制備過程中仍需要高溫（500℃）煅燒，并且基于該工藝的鈣鈦礦太陽能電池光電轉換效率很低（～12%）。因此，研發一種制備氧化鈮電子傳輸層的新工藝，以實現高效的鈣鈦礦太陽能電池已迫在眉睫。

發明內容

本發明針對現有技術存在的不足，提供一種工藝簡單，成本低廉，適用于卷對卷生產和印刷工藝的低溫溶液法制備高效鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法。

實現本發明目的的技術方案是提供一種鈣鈦礦太陽能電池，包括基底，陰極，電子傳輸層，鈣鈦礦吸光層，空穴傳輸層和陽極：所述電子傳輸層為氧化鈮薄膜，薄膜厚度為40～200納米。

本發明所述的一種鈣鈦礦太陽能電池，其陰極為氧化銦錫或摻氟氧化錫。

本發明技術方案還包括制備上述鈣鈦礦太陽能電池的方法，步驟如下：

1、將五氯化鈮與水反應得到氧化鈮水合物前驅體溶液，在陰極基底上旋涂前驅體溶液，再經退火處理，制備厚度為40～200納米的氧化鈮薄膜，形成電子傳輸層；所述前驅體溶液的濃度為0.4～0.9摩爾/升，旋涂轉速為3000～7500轉/分，退火溫度為25～250℃；

2、在電子傳輸層上旋涂鈣鈦礦前驅體溶液，采用氯苯誘導結晶方法制備鈣鈦礦薄膜，形成鈣鈦礦吸光層；

3、在鈣鈦礦吸光層上依次制備空穴傳輸層和金屬陽極，得到鈣鈦礦太陽能電池。

本發明的一個優選的方案是，對步驟1得到的氧化鈮薄膜進行紫外臭氧處理0～30分鐘。

上述技術方案中，步驟1的退火處理時間可以是30～120分鐘，退火溫度優選為150℃。

與現有技術相比，本發明具有以下有益的技術效果：