[發明專利]一種高質量金屬氧化物電子傳輸層的鈣鈦礦太陽電池及其制備方法

有效

• 申請號: 201710557792.6
• 申請日: 2017-07-10
• 公開（公告）號: CN107369766B
• 公開（公告）日: 2020-08-04
• 發明（設計）人: 王大鵬;趙文靜;王康;劉生忠
• 申請（專利權）人: 陜西師范大學
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/48;H01L21/223
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 齊書田

1.一種高質量金屬氧化物電子傳輸層的鈣鈦礦太陽電池，其特征在于，包括玻璃襯底(1)以及依次層疊設置在玻璃襯底(1)上的透明導電氧化物電極(2)、金屬氧化物電子傳輸層(3)、鈣鈦礦光吸收層(4)、空穴傳輸層(5)和金屬電極(6)，所述的透明導電氧化物電極(2)是經過氟基等離子體處理實現氟摻雜的透明導電氧化物電極，所述的金屬氧化物電子傳輸層(3)是經過氟基等離子體處理實現氟摻雜的金屬氧化物電子傳輸層，其中氟基等離子體是利用等離子體轟擊含氟元素氣體而產生，具體是利用等離子體增強化學氣相沉積法通過含氟元素等離子體轟擊，在化學氣相沉積系統中產生氟自由基，對金屬氧化物電子傳輸層(3)表面和體內進行氟摻雜處理；

透明導電氧化物電極(2)和金屬氧化物電子傳輸層(3)之間形成第一接觸區(11)，金屬氧化物電子傳輸層(3)和鈣鈦礦光吸收層(4)之間形成第二接觸區(12)，鈣鈦礦光吸收層(4)和空穴傳輸層(5)之間形成第三接觸區(13)，空穴傳輸層(5)和金屬電極(6)之間形成第四接觸區(14)；

所述的鈣鈦礦太陽電池的開路電壓大于1.0V，短路電流密度大于19mA/cm²，填充因子大于0.60，光電轉化效率高于15％。

2.一種高質量金屬氧化物電子傳輸層的鈣鈦礦太陽電池的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一：在玻璃襯底(1)上形成透明導電氧化物電極(2)；

步驟二：制備透明導電氧化物電極(2)之后，利用等離子體增強化學氣相沉積法通過含氟元素等離子體轟擊，在化學氣相沉積系統中產生氟自由基，對透明導電氧化物電極(2)表面和體內進行氟摻雜處理；

步驟三：在透明導電氧化物電極(2)上制備金屬氧化物電子傳輸層(3)；透明導電氧化物電極(2)是氧化銦錫、摻鋁氧化鋅或摻鎵氧化鋅；金屬氧化物電子傳輸層(3)是氧化鋅或氧化錫；

步驟四：制備金屬氧化物電子傳輸層(3)之后，利用等離子體增強化學氣相沉積法通過含氟元素等離子體轟擊，在化學氣相沉積系統中產生氟自由基，對金屬氧化物電子傳輸層(3)表面和體內進行氟摻雜處理；

步驟五：獲得氟基等離子體處理實現氟摻雜的金屬氧化物電子傳輸層(3)之后，在金屬氧化物電子傳輸層(3)上依次形成鈣鈦礦光吸收層(4)、空穴傳輸層(5)以及金屬電極(6)，即得到高質量金屬氧化物電子傳輸層的鈣鈦礦太陽電池；

步驟二和步驟四中利用等離子體增強化學氣相沉積法實現氟離子摻雜處理的氣體氛圍為四氟甲烷、三氟甲烷或四氟化氮；步驟二和步驟四中等離子體增強化學氣相沉積法處理溫度為23-150℃，處理時間為1-5分鐘。

3.根據權利要求2所述的一種高質量金屬氧化物電子傳輸層的鈣鈦礦太陽電池的制備方法，其特征在于，透明導電氧化物電極(2)通過磁控濺射法、電子束沉積法、旋涂法或非真空化學沉積方法制備而成；金屬氧化物電子傳輸層(3)通過化學浴沉積法、磁控濺射法、電子束沉積法、旋涂法或非真空化學沉積方法制備而成。

4.根據權利要求3所述的一種高質量金屬氧化物電子傳輸層的鈣鈦礦太陽電池的制備方法，其特征在于，金屬氧化物電子傳輸層(3)的制備溫度為23-600℃，金屬氧化物電子傳輸層(3)的厚度為10-100nm。

5.根據權利要求2所述的一種高質量金屬氧化物電子傳輸層的鈣鈦礦太陽電池的制備方法，其特征在于，所述的鈣鈦礦太陽電池設置為正置結構或倒置結構。