[發明專利]一種鈣鈦礦太陽能電池及制備方法

在審

• 申請號: 201710774169.6
• 申請日: 2017-08-31
• 公開（公告）號: CN107706308A
• 公開（公告）日: 2018-02-16
• 發明（設計）人: 張文華;吳義輝;王鵬;張志群
• 申請（專利權）人: 四川省新材料研究中心;鞍山七彩化學股份有限公司
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/48
• 代理公司: 成都市集智匯華知識產權代理事務所(普通合伙)51237
• 代理人: 李華,溫黎娟

技術領域

本發明涉及太陽能電池領域，具體涉及一種鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法。

背景技術

隨著地球上不可再生的煤、石油、天然氣等化石能源的日漸枯竭以及由其大量使用所帶來的環境問題愈加嚴重，太陽能作為一種取之不盡用之不竭的可再生清潔能源被廣泛的開發和利用。其中，太陽能電池可以將太陽能直接轉化為電能，是一種非常重要的太陽能利用方式。

太陽能電池根據光電活性材料種類的不同主要可以分為單質硅太陽能電池、無機化合物半導體太陽能電池以及有機或有機—無機雜化太陽能電池。其中，有機—無機雜化鈣鈦礦型太陽能電池具有材料成本低廉、制備工藝簡單以及能量轉化效率高等優點，近年來獲得了科研工作者的廣泛關注與研究。

鈣鈦礦材料不僅可以作為光吸收層，還可用作電子和空穴傳輸層，以此制備出不同結構的鈣鈦礦太陽能電池，其中最為常見的電池結構為：具有TiO₂骨架層的介觀結構、具有平面異質結的平板結構以及有機結構。平面結構鈣鈦礦太陽能電池結構簡單，制備簡單，但是穩定性存在較大問題，同時光電轉化性能相對較低，載流子的運輸效率差，是向低溫柔性高效太陽能電池發展的最大障礙。

為了對平面異質結電池進行改善，有人采用體相異質結結構，主要也是采用電子導體材料與鈣鈦礦共混，但是存在的問題是電子導體材料在鈣鈦礦中分布不均勻，不利于形成質量均一的鈣鈦礦薄膜層。

發明內容

有鑒于此，本申請提供一種具有梯度異質結結構的鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法，鈣鈦礦淺層部分與空穴導體材料形成的梯度異質結結構，可以縮短空穴的傳輸距離，提高載流子的運輸能力，全面提高鈣鈦礦太陽能電池的性能。

為解決以上技術問題，本發明提供的技術方案是一種鈣鈦礦太陽能電池，所述太陽能電池由下至上依次包括導電玻璃層、電子傳輸層、鈣鈦礦吸光層、空穴傳輸層和電極層，所述鈣鈦礦吸光層淺層部分為梯度異質結結構。

優選的，所述梯度異質結由鈣鈦礦吸光材料和空穴導體材料組成，所述空穴導體材料梯度分布在所述鈣鈦礦材料淺層部分。

優選的，所述空穴導體材料選自PTAA、P3HT、CuI、NiOx、CuPc、C中的一種或多種。

更優選的，所述空穴導體材料選自PTAA、CuI、NiOx、CuPc、C中的一種或多種。

更優選的，所述空穴導體材料選擇PTAA。

優選的，所述梯度異質結結構的制備方法包括以下步驟：(1)將鈣鈦礦前驅體溶液利用旋涂的方法制備前驅體膜，旋涂結束前將含有空穴導體材料的反溶劑滴加到所述鈣鈦礦前驅體薄膜上；(2)將所述鈣鈦礦前驅體薄膜退火結晶得到具有梯度異質結結構的鈣鈦礦薄膜。

所述鈣鈦礦薄膜的制備方法具體為：提供鈣鈦礦前驅溶液，將空穴導體材料溶解在反溶劑中得到混合液，將含有空穴導體材料的反溶劑滴到鈣鈦礦前驅體表面，空穴導體材料會在鈣鈦礦前驅體表面沉積，進入到鈣鈦礦前驅體的淺層中，得到鈣鈦礦前驅體薄膜，然后在一定溫度下將鈣鈦礦前驅體薄膜進行退火結晶，在結晶過程中，空穴導體材料與鈣鈦礦形成梯度異質結結構，即得到了具有梯度異質結結構的鈣鈦礦薄膜。

優選的，所述反溶劑選自甲苯、氯苯、氯仿、乙醚中的一種或多種。

更優選的，所述反溶劑選自甲苯或氯苯。

優選的，所述步驟(1)反溶劑的滴加時間為離旋涂結束5～15s。

優選的，所述步驟(2)中退火結晶具體為將所述鈣鈦礦前驅體薄膜在80～200℃下退火5～60分鐘，得到具有鈣鈦礦—空穴導體梯度異質結結構的鈣鈦礦薄膜。

更優選的，所述步驟(2)中退火結晶具體為將所述鈣鈦礦前驅體薄膜在100-150℃下退火20-40分鐘。

本發明還提供了一種鈣鈦礦太陽能電池的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：(1)提供導電玻璃，在所述導電玻璃上旋涂電子傳輸層；(2)在所述電子傳輸層上旋涂鈣鈦礦前驅體層；(3)將含有空穴導體材料的反溶劑滴加到所述鈣鈦礦前驅體層上，得到鈣鈦礦前驅體薄膜；(4)將所述鈣鈦礦前驅體薄膜退火結晶得到具有梯度異質結結構的鈣鈦礦薄膜；(5)在所述鈣鈦礦薄膜表面旋涂空穴傳輸層；(6)在所述空穴傳輸層上蒸鍍電極層，得到鈣鈦礦太陽能電池。

優選的，所述步驟(1)中導電玻璃由襯底材料和透明電極組成，所述襯底材料為玻璃或柔性塑料，所述透明電極為銦錫氧化物、氟錫氧化物或鋁鋅氧化物中的任意一種。