[發明專利]一種基于二維材料石墨烯相氮化碳制備鈣鈦礦太陽能電池的方法

有效

• 申請號: 201711172666.5
• 申請日: 2017-11-22
• 公開（公告）號: CN107887511B
• 公開（公告）日: 2020-02-14
• 發明（設計）人: 王照奎;廖良生;姜璐璐
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/48
• 代理公司: 32200 南京經緯專利商標代理有限公司
• 代理人: 樓高潮

本發明提供了一種基于二維材料石墨烯相氮化碳制備鈣鈦礦太陽能電池的方法，將石墨烯相氮化碳摻雜到鈣鈦礦前驅體溶液中制備鈣鈦礦太陽能電池，該方法有如下優勢：（1）材料合成所需原料價格低廉且產物毒性小；（2）有效減緩退火過程中溶劑的揮發，使鈣鈦礦薄膜結晶更加均勻致密；（3）增大鈣鈦礦層晶粒結晶尺寸，有效減少電荷易復合的晶界，提高器件填充因子；（4）鈍化鈣鈦礦薄膜表面，有效改善器件的遲滯現象；（5）改善鈣鈦礦薄膜表面的導電性，有效減小界面接觸電阻，提高器件短路電流。本發明制作工藝簡單便捷，制備難度低；通過石墨烯相氮化碳的摻雜，鈣鈦礦薄膜平整性和均一性得到有效提高，通過一系列梯度摻雜，器件性能有顯著變化。

技術領域

本發明屬于光伏器件領域，尤其涉及一種基于二維材料石墨烯相氮化碳制備鈣鈦礦太陽能電池的方法。

背景技術

有機-無機雜化鈣鈦礦太陽能電池以其獨特的光學特性以及簡單的制備工藝被認為是可以與無機硅太陽能電池相媲美的一種能源形式。經過幾年的發展，其光電轉換效率已超過22%，人們從材料，薄膜制備技術，器件結構以及物理機制進行了一系列的深入研究。鈣鈦礦太陽能電池有平面型和多孔型兩種器件結構。平面型鈣鈦礦電池以其簡單的制備工藝以及低溫薄膜處理技術得到廣泛關注。在平面結構中，鈣鈦礦層處于電子傳輸層與空穴傳輸層之間，該層薄膜高質量的結晶和優質的表面形貌是器件獲得高效率的關鍵。鈣鈦礦層的生長是一個復雜的過程，依賴于前驅體溶劑的選擇，退火過程的溫度和時間的控制等，當前常用的改善鈣鈦礦薄膜質量的方法是通過溶劑調節。當然一些表面鈍化的處理也是至關重要的，但內在的機制仍然是模糊的，需要進一步的探索。

發明內容

針對現有的制備純有機無機雜化鈣鈦礦薄膜結晶缺陷多，薄膜不致密，結晶過程形成的晶界較多等缺點，本發明提供一種二維材料石墨烯相氮化碳（g-C₃N₄）作為添加劑介入到鈣鈦礦前驅體溶液中制備鈣鈦礦太陽能電池的制備方法，該制備方法在不改變器件制備工藝的前提下，引入了無毒的二維材料作為添加劑，有效的改善了鈣鈦礦薄膜的結晶狀況，減少了薄膜缺陷，使得器件制備穩定且提高了器件光電轉換效率。

本發明采用以下技術方案，一種二維材料石墨烯相氮化碳作為添加劑介入到鈣鈦礦前驅體溶液中制備鈣鈦礦太陽能電池的制備方法，該方法的制備步驟如下：

（1）在FTO透明導電玻璃基片上沉積電子傳輸層TiO₂薄膜；

（2）制備鈣鈦礦前驅體溶液；將石墨烯相氮化碳采用多種有機溶劑分別配置成前驅體添加劑，將每種有機溶劑配置的前驅體添加劑分別加入到鈣鈦礦前驅體溶液中，制備石墨烯相氮化碳前驅體添加劑摻雜的鈣鈦礦前驅體溶液；

（3）將步驟（1）沉積好TiO₂的FTO基片放在臭氧機里臭氧處理后取出傳至手套箱，分別將步驟（2）制備的摻雜石墨烯相氮化碳前驅體添加劑的鈣鈦礦前驅體溶液在基片上利用旋涂方法制備薄膜，所述旋涂過程分為低速和高速兩步，并且在高速階段過程中滴加氯苯作為反溶劑；靜置1-10min后，將基片轉移至加熱臺上進行退火處理；

（4）在步驟（3）制備的薄膜上通過旋涂法加工空穴傳輸層2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴；

（5）在步驟（4）制備的空穴傳輸層上利用熱蒸發技術沉積薄膜三氧化鉬和銀電極。