[發明專利]基于帶隙連續可調控的倒置鈣鈦礦太陽電池的制備方法

在審

• 申請號: 201711220163.0
• 申請日: 2017-11-28
• 公開（公告）號: CN108023018A
• 公開（公告）日: 2018-05-11
• 發明（設計）人: 岳世忠;劉孔;孫陽;王智杰;曲勝春;王占國
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/46;H01L51/48
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 湯寶平

一種基于帶隙連續可調控的倒置鈣鈦礦太陽電池的制備方法，該電池結構包括：陽極透明導電襯底、空穴傳輸層、鈣鈦礦有源層、電子傳輸層、電子修飾層和陰極電極，該制備方法包括以下步驟：步驟1：在陽極透明導電襯底上旋涂一層CuNiOx的前驅體溶液，燒結，形成致密的CuNiOx空穴傳輸層；步驟2：在CuNiOx空穴傳輸層上旋涂一層鈣鈦礦的前驅體溶液，退火，形成有源層；步驟3：在有源層上旋涂有機聚合物PC61BM溶液，形成電子傳輸層；步驟4：在電子傳輸層上旋涂乙酰丙酮鋯溶液，制備電子修飾層；步驟5：采用熱蒸發的方式在電子修飾層上制備金屬電極作為陰極，完成太陽電池的制備。

技術領域

本發明屬于鈣鈦礦太陽能電池技術領域，涉及倒置鈣鈦礦太陽電池，特別涉及基于帶隙連續可調控的倒置鈣鈦礦太陽電池的制備方法。

背景技術

鈣鈦礦太陽電池以其優異的光電轉換效率，在近年來受到了廣泛的關注，其制備工藝簡單、成本低以及良好的柔性兼容性，使其具備大規模產業化的潛力。傳統鈣鈦礦太陽電池結構一般采用染料敏化電池的結構，ITO玻璃作為陰極，TiO2作為電子傳輸層，Spiro-OMeTAD作為空穴傳輸層，金作為金屬陽極。這種結構的鈣鈦礦太陽電池雖然取得了很大的進步，光電轉換效率已超過20％。但是TiO2在光照下，其性能會發生衰退。而倒置結構的鈣鈦礦電池，由于存在能級匹配的問題，開路電壓一直低于傳統結構。在此背景下，一種新的倒置結構的鈣鈦礦太陽電池被提出。倒置結構太陽電池以FTO作為陽極，CuNiOx作為空穴傳輸層，PC61BM作為電子傳輸層，較高功函數的材料Ag作為陰極。同時利用Cs與Cl元素的摻雜優化鈣鈦礦層的性能，使電池的性能得到大幅度提高，最高效率達20.5％。

發明內容

本發明的目的在于，提出一種基于帶隙連續可調控的倒置鈣鈦礦太陽電池的制備方法，將金屬銅摻雜到NiOx空穴傳輸層，Cu的存在既能提高NiOx層的空穴遷移率，又能實現NiOx層和鈣鈦礦層能級匹配，有利于電荷分離和傳輸，從而有效提高太陽電池光電轉換效率；Cs元素摻雜到鈣鈦礦層，可以調控鈣鈦礦層的禁帶寬度，使鈣鈦礦層帶隙與太陽光光譜匹配，高效吸收利用太陽光，同時Cs元素的存在可提高鈣鈦礦材料的穩定性，延長器件的使用壽命；Cl元素的摻雜可以提高鈣鈦礦層的結晶質量，使晶粒尺寸變大，晶界減少，降低光生載流子的復合。以上三種制備技術，可以大幅提高倒結構鈣鈦礦太陽電池的光電性能和穩定性。

本發明提供一種基于帶隙連續可調控的倒置鈣鈦礦太陽電池的制備方法，該電池結構包括：陽極透明導電襯底、空穴傳輸層、鈣鈦礦有源層、電子傳輸層、電子修飾層和陰極電極，該制備方法包括以下步驟：

步驟1：在陽極透明導電襯底上旋涂一層CuNiOx的前驅體溶液，燒結，形成致密的CuNiOx空穴傳輸層；

步驟2：在CuNiOx空穴傳輸層上旋涂一層鈣鈦礦的前驅體溶液，退火，形成有源層；

步驟3：在有源層上旋涂有機聚合物PC61BM溶液，形成電子傳輸層；

步驟4：在電子傳輸層上旋涂乙酰丙酮鋯溶液，制備電子修飾層；

步驟5：采用熱蒸發的方式在電子修飾層上制備金屬電極作為陰極，完成太陽電池的制備。

從上述技術方案可以看出，本發明具有以下有益效果：