[發明專利]一種使用多功能透明電極的太陽能電池及其制備方法

在審

• 申請號: 201710868169.2
• 申請日: 2017-09-22
• 公開（公告）號: CN107658387A
• 公開（公告）日: 2018-02-02
• 發明（設計）人: 秦校軍;田鴻翔;趙志國;鄔俊波
• 申請（專利權）人: 中國華能集團公司;中國華能集團清潔能源技術研究院有限公司
• 主分類號: H01L51/52
• 分類號: H01L51/52;H01L51/50;H01L51/56
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所61215
• 代理人: 段俊濤

技術領域

本發明屬于太陽能電池器件技術領域，特別涉及一種使用多功能透明電極的太陽能電池及其制備方法。

背景技術

有機無機鈣鈦礦太陽能電池電池自從2009發現以來，其光電轉換效率已經從初始的3.8％提高到目前的22.1％。其光電轉換效率已經接近或者超過了傳統的多晶硅、碲化鎘以及銅銦鎵硒等。鈣鈦礦電池發展速率是任何一類太陽能電池都不可比擬的。目前，高效的鈣鈦礦電池均采用介孔的TiO₂結構，而這一結構所采用的介孔TiO₂必須要高溫燒結，在實際生產過程中會增加成本。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種使用多功能透明電極的太陽能電池及其制備方法，將一層多功能的氧化錫納米材料薄膜作為鈣鈦礦電池結構中的透明電極層和電子傳輸層(電子抽取層)，在此基礎上構建鈣鈦礦型太陽能電池，以達到簡化電池結構、降低制備成本的目的。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種使用多功能透明電極的太陽能電池，包括：

氧化錫薄膜層102，同時作為電極層與電子傳輸層；

金屬電極層108；

以及設置在氧化錫薄膜層102和金屬電極層108之間的鈣鈦礦活性層104。

所述氧化錫薄膜層102厚度10-100nm；所述金屬電極層108為金層、銀層、鋁層或鉑層，厚度為40-100nm；所述鈣鈦礦活性層104結構為RNH₃AX_nY_3-n，其中R為烴基；A為Pb或Sn；X和Y為Cl、Br或I；n為0-3的實數，厚度約為300-500nm。

本發明還包括設置在鈣鈦礦活性層104和金屬電極層108之間的空穴傳輸層106。所述空穴傳輸層106為與鈣鈦礦活性層104材料能級相匹配的有機、無機材料層，厚度約為100nm。

本發明還提供了所述使用多功能透明電極的太陽能電池的制備方法，包括如下步驟：

步驟1，制備氧化錫薄膜層102；

步驟2，在氧化錫薄膜層102上依次制備鈣鈦礦活性層104、空穴傳輸層106和金屬電極層108。

所述氧化錫薄膜層102采用原子沉積、氣相沉積、磁控濺射或旋涂方法進行制備。

所述氧化錫薄膜層102采用旋涂方法進行制備的步驟如下：

將直徑1-10nm的氧化錫納米粒子懸浮液直接作為旋涂液，在玻璃基底上以1000-4000rpm，20-60s的旋涂參數進行不同厚度氧化錫層的制備。

還可利用卷對卷制備工藝進行大規模生產得到柔性的氧化錫薄膜層102。

所述鈣鈦礦活性層104采用旋涂法、氣相沉積、磁控濺射或者卷對卷工藝進行制備；所述金屬電極層108采用熱蒸發、磁控濺射、原子沉積、激光沉積或卷對卷工藝進行制備。

所述鈣鈦礦活性層104采用卷對卷工藝進行制備，步驟為：將活性材料的漿料通過狹縫涂布、刮刀涂布、絲網印刷、凹版印刷、噴墨涂布或噴墨印刷等方法制備形成；其中，若選用刮刀涂布方法，則其溶劑為DMF，將鈣鈦礦配成質量分數為20-25％的漿料，刮刀涂布速度為15-35mm/s，涂布溫度為室溫；刮刀與基底間距為50μm；涂布后經氮氣中120-140℃退火20-40分鐘，得到厚度約為300-500nm的鈣鈦礦活性層104；

所述空穴傳輸層106采用刮刀涂布方法進行制備，步驟為：以PEDOT：PSSAI4083水溶液為漿料，用異丙醇按照1：3配比稀釋，刮刀涂布速度為15-35mm/s，涂布溫度為45-70℃，刮刀與基底間距為50μm；涂布后經氮氣中80-100℃退火10-20分鐘，得到厚度約為100nm的空穴傳輸層106。

所述金屬電極層108采用卷對卷工藝進行制備，步驟為：將導電金屬電極材料的漿料通過狹縫涂布、刮刀涂布、絲網印刷、凹版印刷、噴墨涂布、噴墨印刷等方法制備形成；其中，若選用刮刀涂布方法，則使用材料為商品化銀納米線溶膠，溶劑為異丙醇，濃度25g/L，銀納米線直徑約100nm，長度50-100μm，刮刀涂布速度為15-35mm/s，涂布溫度為室溫；刮刀與基底間距為50μm；涂布后經氮氣中70-90℃退火10-20分鐘，得到厚度約為40-100nm的金屬電極層108。