[發(fā)明專利]一種寬光譜鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法

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• 申請日: 2017-05-24
• 公開（公告）號: CN107170891A
• 公開（公告）日: 2017-09-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王銀珍;王威;萬眾;倫蒙蒙;郝志豐;李煒;初本莉;何琴玉
• 申請（專利權(quán)）人: 華南師范大學(xué)
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/48;B82Y40/00;B82Y30/00;B82Y20/00
• 代理公司: 廣州新諾專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司44100
• 代理人: 廖曉霞

1.一種寬光譜鈣鈦礦太陽能電池，其特征在于，包括依次層疊設(shè)置的FTO玻璃襯底、TiO₂致密層、TiO₂多孔發(fā)光層、鈣鈦礦吸光層、空穴傳輸層和金屬電極，所述TiO₂多孔發(fā)光層中含有摻雜離子，所述摻雜離子包括Yb³⁺和其他離子，所述其他離子包括Ho³⁺、Er³⁺、Mn²⁺、Tm³⁺中的至少一種。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬光譜鈣鈦礦太陽能電池，其特征在于，所述TiO₂多孔發(fā)光層中，Yb³⁺和其他離子的摩爾比為3～20：1，優(yōu)選為5：1。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬光譜鈣鈦礦太陽能電池，其特征在于，在TiO₂多孔發(fā)光層中，所述摻雜離子和Ti的摩爾比為1:99～10：90。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬光譜鈣鈦礦太陽能電池，其特征在于，所述Yb³⁺和其他離子來自含有這些離子的水合或非水合硝酸鹽。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬光譜鈣鈦礦太陽能電池，其特征在于，所述TiO₂多孔發(fā)光層按照包括如下步驟的方法制得：

將硝酸鈥、硝酸鉺、硝酸銩、硝酸錳中的至少一種的水溶液與硝酸鐿水溶液滴加入鈦酸酯溶液中，經(jīng)水熱處理，得摻雜的TiO₂沉淀；經(jīng)干燥、研磨、煅燒、冷卻得摻雜的TiO₂粉體，將所得的摻雜的TiO₂粉體制備成膠體，旋涂在TiO₂致密層上，然后進(jìn)行熱處理得到TiO₂多孔發(fā)光層。

6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的寬光譜鈣鈦礦太陽能電池，其特征在于，所述TiO₂多孔發(fā)光層按照包括如下步驟的方法制得：將鈦酸四丁酯在攪拌下滴加入去離子水中，于60～85℃恒溫?cái)嚢?5～60min，然后將硝酸鈥、硝酸鉺、硝酸銩、硝酸錳中的至少一種的水溶液與硝酸鐿水溶液滴加入鈦酸四丁酯溶液中，在170～185℃下水熱處理15～25h，得摻雜的TiO₂沉淀；經(jīng)干燥、研磨、700～850℃煅燒、冷卻得摻雜的TiO₂粉體，將所得的摻雜的TiO₂粉體加入聚乙二醇中，制備成膠體，將膠體旋涂在TiO₂致密層上，熱處理得到TiO₂多孔發(fā)光層。

7.根據(jù)權(quán)利要求1～6任一項(xiàng)所述的寬光譜鈣鈦礦太陽能電池，其特征在于，所述TiO₂多孔發(fā)光層的厚度為50～500nm，孔徑為5-80nm；

所述TiO₂致密層的厚度為40-80nm，所述鈣鈦礦吸光層的厚度為200-800nm，所述空穴傳輸層的厚度為40-120nm，所述金屬電極的厚度為50-100nm。

8.根據(jù)權(quán)利要求1～6任一項(xiàng)所述的寬光譜鈣鈦礦太陽能電池，其特征在于，所述FTO玻璃襯底的方塊電阻是5～20Ω，透過率為75～90％；所述鈣鈦礦吸光層的化學(xué)組成為CH₃NH₃PbI₃；所述空穴傳輸層為spiro-MeOTAD；所述金屬電極為Au或Ag背電極層。

9.如權(quán)利要求1～8任一項(xiàng)所述的寬光譜鈣鈦礦太陽能電池的制備方法，其特征在于，包括如步驟：

(1)清洗FTO玻璃襯底、烘干備用；

(2)在FTO玻璃襯底的導(dǎo)電面制備TiO₂致密層；

(3)在TiO₂致密層表面制備TiO₂多孔發(fā)光層；

(4)在TiO₂多孔發(fā)光層上制備鈣鈦礦吸光層；

(5)在鈣鈦礦吸光層上制備空穴傳輸層；

(6)在鈣鈦礦吸光層上制備金屬電極。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的制備方法，其特征在于，

步驟(4)中，按照包括如下操作的方法制備鈣鈦礦吸光層：將鈣鈦礦前驅(qū)體PbI₂的DMF溶液旋涂于TiO₂多孔發(fā)光層上形成薄膜，于90～105℃熱處理20～40min，冷卻至室溫后，將CH₃NH₃I的異丙醇溶液滴加到薄膜表面，旋涂得到棕色薄膜，而后于70～85℃熱處理20～40min，再經(jīng)100～120℃熱處理5～20min，得鈣鈦礦吸光層；

步驟(5)中，按照包括如下操作的方法制備空穴傳輸層：將4-叔丁基吡啶、二(三氟甲基磺酰)亞胺鋰溶解于spiro-OMeTAD的氯苯溶液中，將其旋涂于鈣鈦礦吸光層上。