[發明專利]一種無鉛鈣鈦礦太陽能電池

在審

• 申請號: 201710319927.5
• 申請日: 2017-05-09
• 公開（公告）號: CN107240613A
• 公開（公告）日: 2017-10-10
• 發明（設計）人: 高志強;密保秀;童彧
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: H01L31/0224
• 分類號: H01L31/0224;H01L31/032;H01L31/062
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司32200
• 代理人: 黃欣

技術領域

本發明屬于光電器件技術領域，具體涉及一種無鉛鈣鈦礦太陽能電池。

背景技術

由于化石能源的不可再生性、使用時的環保及溫室效應問題，太陽能電池器件得到了廣泛關注。但是，現有的硅系太陽能電池由于成本高，成為阻礙普及的要因。近幾年來，基于鉛鈣鈦礦材料作為吸光材料的鈣鈦礦太陽能電池取得了飛速的發展，太陽能電池器件的效率達到了20%以上，具有一定的商業應用價值。

鉛鈣鈦礦太陽能電池可分為多孔結構和平面結構兩種，平面結構以透明電極又分為平面p-i-n 結構和平面n-i-p 結構。由于平面結構制備工藝簡單，非常適合薄膜太陽能電池的應用。其中平面n-i-p 鉛鈣鈦礦太陽能電池的基本結構是透明導電襯底（FTO）/ 電子傳輸層/ 鉛鈣鈦礦層/ 空穴傳輸層/ 金屬電極（Au）。

器件中鈣鈦礦層材料對光生載流子的產生和載流子傳輸到相應的載流子傳輸層起到了重要的作用。目前高效率的鈣鈦礦太陽能電池中鈣鈦礦材料一般是含有二價鉛離子的三元鹵化物半導體，由于鉛元素的毒性，這一類太陽能電池在壽命結束后的處理將是一個環保的大問題。因此，尋找無毒環保鈣鈦礦材料是發展這類太陽能電池的迫切命題。

目前鈣鈦礦太陽能電池中的另一個急需解決的問題是器件的使用壽命問題，除了鈣鈦礦材料本身對水氧敏感外，為了提高效率，空穴傳輸層材料一般使用摻雜的有機小分子化合物, 如2, 2, 7, 7’- 四 [N,N- 二 (4- 甲 氧 基 苯 基 ) 氨 基 ]-9, 9’- 螺二 芴（Spiro-OMeTAD），這類有機材料對熱的耐受性一般較弱，對長時間連續在強烈陽光照射下的使用不可避免的具有劣勢。因此，提高空穴傳輸層熱穩定性是鈣鈦礦太陽能電池發展的另一個重要課題。

同樣為了有效的從空穴傳輸層中收集空穴載流子，鈣鈦礦的金屬電極多數使用具有高功函數的貴重金屬如銀、鉑和金等來作為與空穴傳輸層連接的電極。這類電極的成本對鈣鈦礦太陽能器件的應用也是一個不可忽略的影響因素。

發明內容

解決的技術問題：本發明的目的是解決現有鈣鈦礦太陽能電池存在的鈣鈦礦材料的鉛元素毒性、空穴傳輸層熱穩定性差、金屬電極成本高的技術問題，提供一種新型全無機無鉛鈣鈦礦太陽能電池器件。

技術方案： 一種無鉛鈣鈦礦太陽能電池，在基板上包括由下至上依次設置的第一電極、第一載流子傳輸層、無鉛鈣鈦礦化合物層、第二載流子傳輸層和第二電極；

所述無鉛鈣鈦礦化合物層由鈣鈦礦化合物制成，該鈣鈦礦化合物的化學式為ABX_3-nY_n，其中，0≤n≤3，A為正一價陽離子，B為非鉛的正二價金屬離子，X、Y選自F^-1，Cl^-1，Br^-1或I^-1；

所述第一電極為透明導電電極，第二電極為不透明金屬電極；

所述第一載流子傳輸層、第二載流子傳輸層由具有電子傳輸特性的n型金屬化合物或具有空穴傳輸特性的p型金屬化合物制成。

進一步地，所述無鉛鈣鈦礦化合物層的厚度為30-1000nm。

進一步地，所述透明導電電極選自ITO，AZO或FTO中的一種。

進一步地，所述不透明金屬電極由鋁、銅、鉬、鎢、鎂、鋅、鈷、鎳或鐵中的一種或幾種制成。

進一步地，所述具有電子傳輸特性的n型金屬化合物為氧化鋅、氧化錫、氧化鈦、氧化鋁、氧化鈮、氧化釔、錫酸鋅或鈦酸鋇中的一種或幾種。

進一步地，所述具有空穴傳輸特性的p型金屬化合物為碘化亞銅、硫化鉬、氧化鉬或氧化鎢中的一種或幾種。

進一步地，所述透明導電電極為AZO或FTO，所述第一載流子傳輸層為電子傳輸層、由具有電子傳輸特性的n型金屬化合物制成，所述第二載流子傳輸層為空穴傳輸層、由具有空穴傳輸特性的p型金屬化合物制成。

進一步地，所述透明導電電極為ITO，所述第一載流子傳輸層為空穴傳輸層、由具有空穴傳輸特性的p型金屬化合物制成，所述第二載流子傳輸層為電子傳輸層、由具有電子傳輸特性的n型金屬化合物制成。

進一步地，所述電子傳輸層的厚度為10-500nm。

進一步地，所述空穴傳輸層的厚度為20-1000nm。

有益效果：

1. 使用無鉛鈣鈦礦活性材料，避免了器件失效后回收的環保問題；

2. 對于空穴傳輸層使用無機的金屬化合物半導體，解決了使用有機半導體空穴傳輸材料的耐熱性問題；