[發明專利]一種復合電子傳輸層結構的鈣鈦礦太陽能電池

有效

• 申請號: 201711333195.1
• 申請日: 2017-12-13
• 公開（公告）號: CN108091764B
• 公開（公告）日: 2020-01-14
• 發明（設計）人: 鄭南峰;陳睿豪;曹靖;吳炳輝
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/44
• 代理公司: 35200 廈門南強之路專利事務所(普通合伙)
• 代理人: 馬應森

一種復合電子傳輸層結構的鈣鈦礦太陽能電池，涉及鈣鈦礦太陽能電池。設有依次疊加的導電襯底、復合電子傳輸層、鈣鈦礦薄膜層、空穴傳輸層和背電極；復合電子傳輸層由氧化鋅、氧化鎂和質子化乙醇胺構成；鈣鈦礦薄膜層的化學式為ABX₃，A為正一價離子甲銨、甲脒銨、Cs⁺、Rb⁺等中的至少一種，B為正二價離子Pb²⁺、Sn²⁺、Ge²⁺等中的至少一種，X為F^?、Cl^?、Br^?、I^?等中的至少一種。ZnO具有高電子遷移率，具有比TiO₂更高的電子傳輸能力。ZnO表面修飾的MgO可在界面處減少界面電荷的復合，分子內質子化的EA⁺可實現與鈣鈦礦的有效接觸，加快電子的提取速度，釋放界面積累的電荷。

技術領域

本發明涉及鈣鈦礦太陽能電池，尤其是涉及一種復合電子傳輸層結構的鈣鈦礦太陽能電池。

背景技術

有機金屬鹵化物鈣鈦礦太陽能電池在短短幾年內迅速發展成為下一代新型薄膜光伏電池中最有希望的候選者之一。目前認證的光電轉換效率達到22.7％，幾乎接近了業界旗艦材料硅的最高效率。然而，遲滯問題、穩定性以及進一步效率提高仍然限制了鈣鈦礦太陽能電池的產業化應用，這些問題可能跟各活性層間的不完全接觸和過多的界面電荷復合有關，因為常用的空穴傳輸材料有機半導體(比如螺二芴spiro-OMeTAD)可以與鈣鈦礦形成良好的界面接觸。因此解決電子傳輸層和鈣鈦礦層間的不良接觸應該是鈣鈦礦電池接下來發展的一大重點研究方向。在電子傳輸層和鈣鈦礦的界面進行界面改性和接觸鈍化，對優化鈣鈦礦電池整體性能和穩定性至關重要。眾所周知，ZnO具有寬的能帶間隙，比常用的電子傳輸層TiO₂具有更高的電子傳輸能力，因此ZnO是實現電子從鈣鈦礦層快速提取和傳輸的最理想的電子傳輸層材料之一。然而，ZnO/鈣鈦礦界面存在嚴重的界面電荷復合，而且文獻報道(Chem.Mater.2015,27,4229)發現：在高于90℃的溫度下，在ZnO/MAPbI₃界面處的鈣鈦礦中的甲基銨陽離子MA⁺很容易被ZnO奪去質子而釋放出甲胺MA，造成鈣鈦礦快速分解。因此，尋求合適和簡單的方法改性ZnO層對進一步優化鈣鈦礦電池性能和穩定性非常重要。

發明內容

本發明要解決的技術問題是針對氧化鋅電子傳輸層的電子遷移率高，但因其表面的堿性較強，與鈣鈦礦吸光層接觸后容易造成鈣鈦礦分解，導致整個電池損壞，降低其效率，也加劇其遲滯效應，提供一種復合電子傳輸層結構的鈣鈦礦太陽能電池。

本發明設有依次疊加的導電襯底、復合電子傳輸層、鈣鈦礦薄膜層、空穴傳輸層和背電極；所述復合電子傳輸層由氧化鋅(ZnO)、氧化鎂(MgO)和質子化乙醇胺(EA⁺)構成；所述鈣鈦礦薄膜層的化學式為ABX₃，其中A為正一價離子甲銨、甲脒銨、Cs⁺、Rb⁺等中的至少一種，B為正二價離子Pb²⁺、Sn²⁺、Ge²⁺等中的至少一種，X為F^-、Cl^-、Br^-、I^-等中的至少一種；

所述導電襯底可為透明導電襯底。

所述復合電子傳輸層的厚度可為20～100nm；所述鈣鈦礦薄膜層的厚度可為200～800nm；所述空穴傳輸層的厚度可為50～250nm。

所述復合電子傳輸層是由醋酸鎂(MgAc₂)和EA修飾ZnO致密層，經過退火得到了MgO和分子內質子化EA⁺修飾ZnO表面的復合電子傳輸層。