[發(fā)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(yáng)能電池的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711172666.5
• 申請(qǐng)日: 2017-11-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107887511B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-02-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王照奎;廖良生;姜璐璐
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 蘇州大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L51/42
• 分類號(hào): H01L51/42;H01L51/48
• 代理公司: 32200 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司
• 代理人: 樓高潮

本發(fā)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(yáng)能電池的方法，將石墨烯相氮化碳摻雜到鈣鈦礦前驅(qū)體溶液中制備鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，該方法有如下優(yōu)勢(shì)：（1）材料合成所需原料價(jià)格低廉且產(chǎn)物毒性小；（2）有效減緩?fù)嘶疬^(guò)程中溶劑的揮發(fā)，使鈣鈦礦薄膜結(jié)晶更加均勻致密；（3）增大鈣鈦礦層晶粒結(jié)晶尺寸，有效減少電荷易復(fù)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(xiàn)象；（5）改善鈣鈦礦薄膜表面的導(dǎo)電性，有效減小界面接觸電阻，提高器件短路電流。本發(fā)明制作工藝簡(jiǎn)單便捷，制備難度低；通過(guò)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(guò)一系列梯度摻雜，器件性能有顯著變化。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光伏器件領(lǐng)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(yáng)能電池的方法。

背景技術(shù)

有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦太陽(yáng)能電池以其獨(dú)特的光學(xué)特性以及簡(jiǎn)單的制備工藝被認(rèn)為是可以與無(wú)機(jī)硅太陽(yáng)能電池相媲美的一種能源形式。經(jīng)過(guò)幾年的發(fā)展，其光電轉(zhuǎn)換效率已超過(guò)22%，人們從材料，薄膜制備技術(shù)，器件結(jié)構(gòu)以及物理機(jī)制進(jìn)行了一系列的深入研究。鈣鈦礦太陽(yáng)能電池有平面型和多孔型兩種器件結(jié)構(gòu)。平面型鈣鈦礦電池以其簡(jiǎn)單的制備工藝以及低溫薄膜處理技術(shù)得到廣泛關(guān)注。在平面結(jié)構(gòu)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(zhì)量的結(jié)晶和優(yōu)質(zhì)的表面形貌是器件獲得高效率的關(guān)鍵。鈣鈦礦層的生長(zhǎng)是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，依賴于前驅(qū)體溶劑的選擇，退火過(guò)程的溫度和時(shí)間的控制等，當(dāng)前常用的改善鈣鈦礦薄膜質(zhì)量的方法是通過(guò)溶劑調(diào)節(jié)。當(dāng)然一些表面鈍化的處理也是至關(guān)重要的，但內(nèi)在的機(jī)制仍然是模糊的，需要進(jìn)一步的探索。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有的制備純有機(jī)無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦薄膜結(jié)晶缺陷多，薄膜不致密，結(jié)晶過(guò)程形成的晶界較多等缺點(diǎn)，本發(fā)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(qū)體溶液中制備鈣鈦礦太陽(yáng)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(wú)毒的二維材料作為添加劑，有效的改善了鈣鈦礦薄膜的結(jié)晶狀況，減少了薄膜缺陷，使得器件制備穩(wěn)定且提高了器件光電轉(zhuǎn)換效率。

本發(fā)明采用以下技術(shù)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(qū)體溶液中制備鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的制備方法，該方法的制備步驟如下：

（1）在FTO透明導(dǎo)電玻璃基片上沉積電子傳輸層TiO₂薄膜；

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

（3）將步驟（1）沉積好TiO₂的FTO基片放在臭氧機(jī)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(qū)體添加劑的鈣鈦礦前驅(qū)體溶液在基片上利用旋涂方法制備薄膜，所述旋涂過(guò)程分為低速和高速兩步，并且在高速階段過(guò)程中滴加氯苯作為反溶劑；靜置1-10min后，將基片轉(zhuǎn)移至加熱臺(tái)上進(jìn)行退火處理；

（4）在步驟（3）制備的薄膜上通過(guò)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(fā)技術(shù)沉積薄膜三氧化鉬和銀電極。