[發(fā)明專利]一種高效穩(wěn)定的鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法

有效

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• 申請日: 2017-06-08
• 公開（公告）號: CN107275487B
• 公開（公告）日: 2019-04-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 侯顯;陳曉紅;潘麗坤;謝文輝;駱慧;謝偉佳;張健開;毛武劍
• 申請（專利權(quán)）人: 華東師范大學
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/46;H01L51/48
• 代理公司: 上海藍迪專利商標事務(wù)所(普通合伙) 31215
• 代理人: 徐筱梅;張翔

本發(fā)明公開了一種高效穩(wěn)定的鈣鈦礦太陽能電池，由透明導電玻璃、電子傳輸層、介孔層、鈣鈦礦層、空穴傳輸層和背電極依次疊層而成。本發(fā)明在制備鈣鈦礦層時，在傳統(tǒng)的有機無機金屬鹵化物鈣鈦礦的前驅(qū)液中加入一定量的對苯二甲酸(TPA)添加劑，使得鈣鈦礦晶體的生長動力學發(fā)生了變化，制得的鈣鈦礦層晶界被填補，形成聯(lián)結(jié)的大尺寸鈣鈦礦晶粒。這種方法制備的鈣鈦礦太陽能電池與無添加劑的鈣鈦礦太陽能電池相比，光生激子在晶界處的湮滅減少，使得光電轉(zhuǎn)換效率明顯增加。此外，該鈣鈦礦層晶界減少，水汽及氧等很難從晶界進入腐蝕鈣鈦礦層，從而使整個電池的穩(wěn)定性明顯變好。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于太陽能電池技術(shù)領(lǐng)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(shù)

發(fā)展高效、廉價的太陽能電池是解決當前社會面臨的能源緊缺和環(huán)境污染問題的有效手段。近年來，有機-無機金屬鹵化物鈣鈦礦太陽能電池因其原材料廉價，制備工藝簡單，光電轉(zhuǎn)化效率高等優(yōu)點備受關(guān)注。目前，鈣鈦礦太陽能電池在制備工藝，機理的研究等方面都取得了重大的突破，最高光電轉(zhuǎn)換效率達到22.1%，已基本可與硅太陽能電池相媲美，展現(xiàn)出極為誘人的應(yīng)用前景。

然而，有機-無機金屬鹵化物鈣鈦礦是離子化合物，極易被水和氧氣等腐蝕降解，加之其內(nèi)部的碘離子活性較高，可以在鈣鈦礦晶體內(nèi)部甚至晶體間任意遷移，導致鈣鈦礦材料自身缺陷較多，這些缺點對制備高效穩(wěn)定的太陽能電池極為不利。另一方面，目前太陽能電池中鈣鈦礦層存在較多的晶界，晶界成為了光生電子空穴的捕獲陷阱，使得很大一部分光生電子空穴對在此復合湮滅。為了克服上述問題，現(xiàn)有鈣鈦礦太陽能電池制備技術(shù)通過優(yōu)化鈣鈦礦層成膜方法、控制鈣鈦礦層的元素配比、調(diào)整鈣鈦礦層與電子傳輸層和空穴傳輸層之間的匹配度，使得鈣鈦礦太陽能電池的效率和穩(wěn)定性得到明顯的提升。盡管上述方法能有效增加鈣鈦礦太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率，然而水汽和氧等對鈣鈦礦有腐蝕作用的物質(zhì)極易從暴露的晶界進入鈣鈦礦層內(nèi)部，對提高鈣鈦礦太陽能電池的穩(wěn)定性極其不利，此外，鈣鈦礦里的甲胺離子和碘離子等的遷移對電池的光電輸出和穩(wěn)定性也是起到消極作用。如果能消除或者填補晶界，抑制甲胺離子和碘離子等的遷移，將對制備穩(wěn)定高效的鈣鈦礦太陽能電池具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有鈣鈦礦太陽能電池制備技術(shù)中鈣鈦礦層中離子易遷移和存在大量晶界導致電池效率和穩(wěn)定性均不好的問題而提供的一種高效穩(wěn)定的鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法。在鈣鈦礦太陽能電池的鈣鈦礦層中添加對苯二甲酸后，鈣鈦礦層的結(jié)晶性明顯變好，晶界被新生長出的晶粒填補，鈣鈦礦晶粒之間也相互聯(lián)結(jié)起來，使得其光吸收性能、光生載流子傳輸性能和穩(wěn)定性明顯提升，進而提高鈣鈦礦太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性。

實現(xiàn)本發(fā)明目的的具體技術(shù)方案是：

一種高效穩(wěn)定的鈣鈦礦太陽能電池，所述鈣鈦礦太陽能電池由導電玻璃襯底、致密層、二氧化鈦介孔層、鈣鈦礦層、空穴傳輸層和金屬背電極依次堆疊組成，致密層厚度30-50納米，二氧化鈦介孔層厚度200-600納米，鈣鈦礦層厚度200-600納米，空穴傳輸層厚度30-200納米，金屬背電極厚度50-200納米，特點是：所述鈣鈦礦層為含對苯二甲酸(TPA)添加劑的鈣鈦礦層。

一種高效穩(wěn)定的鈣鈦礦太陽能電池的制備方法，該方法包括以下具體步驟：

1）、在潔凈的FTO導電玻璃上旋涂濃度為0.3-0.7摩爾/升的鈦酸異丙酯乙醇溶液，厚度控制在30-50納米，400-550℃退火0.5-2小時，形成二氧化鈦致密層；

2）、在上述致密層之上，旋涂二氧化鈦納米顆粒漿料，厚度控制在200-600納米，400-550℃退火0.5-2小時，形成二氧化鈦介孔層；

3）、采用旋涂法制備鈣鈦礦層