[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

本發明公開了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，包括玻璃襯底以及依次層疊設置在玻璃襯底上的透明導電氧化物電極、金屬氧化物電子傳輸層、鈣鈦礦光吸收層、空穴傳輸層、金屬電極，所述的透明導電氧化物電極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。本發明工藝簡單、均勻性好、重復性好且鈣鈦礦太陽電池效率較高。

技術領域

本發明涉及光伏領域，具體涉及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。

背景技術

目前，化石能源日漸枯竭并在使用過程中對環境的污染,新型能源的開發已成為人類文明可持續發展的重要保障,而太陽能光伏則是其中最具有前景的方案。提高太陽能電池的光電轉化效率來降低光伏發電成本是目前光伏領域的核心研究課題之一。其中有機無機雜化的鹵素鈣鈦礦材料于2009年首次被用于太陽電池中，短短幾年內，其光電轉化效率從當時的3.8％飛升到如今的高于22％。鈣鈦礦太陽能電池的效率已超越有機太陽能電池，有望達到單晶硅太陽能電池水平。隨著鈣鈦礦太陽能電池效率紀錄不斷被刷新，科研工作者開始更加關注鈣鈦礦電池的穩定性、使用壽命、重金屬元素鉛的替代和大面積柔性器件的制備等方面。

鈣鈦礦太陽電池中最典型的吸收層是有機金屬三鹵化物ABX₃(A:CH₃NH⁺₃CH₃CH₂NH⁺₃或HN＝CHNH⁺₃等；B:Pb²⁺或Sn²⁺；X:I,Br或Cl)，鈣鈦礦太陽能電池的結構主要可以分為介觀結構和平面異質結結構兩類，每類都有對應的正置結構和倒置結構器件。通常把制備順序為基底/陰極/電子傳輸層/鈣鈦礦吸收層/空穴傳輸層/陽極的鈣鈦礦太陽電池稱為正置結構器件，反之為倒置結構器件。為了提高鈣鈦礦太陽能電池的效率和壽命,通常會在鈣鈦礦吸收層與電極間引入各種輔助層，傳輸層防止激子在電極界面復合猝滅，電子傳輸層的作用是提高電子注入和阻擋空穴。在已報道的高效率鈣鈦礦太陽能電池中,二氧化鈦成為使用率最高的電子傳輸層材料，其基本作用是與鈣鈦礦吸收層形成電子選擇性接觸，滿足能級匹配，提高光生電子抽取效率，并有效地阻擋空穴向陰極方向遷移，通過分別控制電子傳輸層和空穴傳輸層的厚度來平衡載流子在各層的傳輸，從而避免電荷積累對器件壽命的影響。