[發明專利]一種摻雜離子穩定劑的鈣鈦礦薄膜及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201711491126.3
• 申請日: 2017-12-30
• 公開（公告）號: CN108232014B
• 公開（公告）日: 2020-11-10
• 發明（設計）人: 不公告發明人
• 申請（專利權）人: 杭州纖納光電科技有限公司
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/46;H01L51/48
• 代理公司: 杭州奧創知識產權代理有限公司 33272
• 代理人: 楊文華

本發明涉及一種摻雜離子穩定劑的鈣鈦礦薄膜，在所述鈣鈦礦薄膜內摻雜有離子穩定劑，所述離子穩定劑化學結構通式為R₁?R?R₂，其中，R為烷基，R₁為烷基、芳基、羥基、羧基、烷氧基、氨基、取代氨基、酯基、酰胺基中的任意一種，R₂為鹵素、含氧基團、含硫基團、含氮基團、含磷基團、含砷基團、含碳基團中的至少一種。本發明還公開了一種摻雜離子穩定劑的鈣鈦礦薄膜的制備方法和應用，通過摻雜本發明中的離子穩定劑，制備得到摻雜的鈣鈦礦太陽能電池，提高電池性能，并提高太陽能電池的穩定性。

技術領域

本發明屬于鈣鈦礦太陽能電池技術領域，特別涉及一種摻雜離子穩定劑的鈣鈦礦薄膜及其制備方法和應用。

背景技術

近年來，一種鈣鈦礦太陽能電池受到廣泛關注，這種鈣鈦礦太陽能電池以有機金屬鹵化物為光吸收層。鈣鈦礦為ABX₃型的立方八面體結構，如圖1所示。此種材料制備的薄膜太陽能電池工藝簡便、生產成本低、穩定且轉化率高，自2009年至今，光電轉換效率從3.8%提升至22.7%，已高于商業化的晶硅太陽能電池且具有較大的成本優勢。

為了進一步提高鈣鈦礦電池效率，有研究提出了新的電池結構，或在材料界面進行修飾，并且探索新的材料。還有研究提出，鈣鈦礦電池的高效率得益于材料本身的優化形貌和質量，為了提高薄膜質量并精準控制鈣鈦礦晶粒，使用添加劑是一種行之有效的方法。添加劑的應用可以輔助晶核更均勻的形成，并且影響材料的結晶過程，提高晶體的穩定性。應用添加劑的好處包括可制備平整的薄膜表面，提高表面覆蓋率，控制晶粒大小，從而增大鈣鈦礦電池的并聯電阻，進而達到增加電池效率的目的。

然而，鈣鈦礦電池的壽命，目前仍然停留在幾十個小時至幾百個小時，離實際應用，達到10年的使用壽命還有很長的距離。一個重要的影響鈣鈦礦使用壽命的方面是鈣鈦礦太陽能電池在光照下容易產生離子遷移現象，特別是鹵素離子的遷移，此現象導致電池的遲滯效應以及器件性能的惡化。離子遷移后留下的空位，又會對鈣鈦礦的半導體結構造成破壞，對器件的使用壽命造成不可能逆的降低。

現有的鈣鈦礦薄膜添加劑主要有聚合物，富勒烯，金屬鹵素鹽，無機酸，溶劑，有機鹵素鹽，納米粒子和其他種類添加劑，這些添加劑通過調控鈣鈦礦的結晶過程，以獲得表面致密光滑的薄膜，從而提高鈣鈦礦電池的性能，其中少數方案可以小幅度提高鈣鈦礦電池的壽命。

現有技術有待進一步提高和完善。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于，提供一種摻雜離子穩定劑的鈣鈦礦薄膜及其制備方法和應用，離子穩定劑的一端可與金屬氧化物相互作用，另一端可與鈣鈦礦中的離子相互作用，使得離子穩定劑在鈣鈦礦活性層中形成一定的濃度梯度，從而抑制鈣鈦礦活性層中的離子遷移現象，從而提高鈣鈦礦電池的長期穩定性。

本發明是這樣實現的，提供一種摻雜離子穩定劑的鈣鈦礦薄膜，在所述鈣鈦礦薄膜內摻雜有離子穩定劑，所述離子穩定劑化學結構通式為R₁-R-R₂，其中，R為烷基，R₁、R₂分別為取代基，R₁為烷基、芳基、羥基、羧基、烷氧基、氨基、取代氨基、酯基、酰胺基中的任意一種，R₂為鹵素、含氧基團、含硫基團、含氮基團、含磷基團、含砷基團、含碳基團中的至少一種。

進一步地，所述離子穩定劑的分子通過溶液混合方式、或氣相輔助沉積方式、或共蒸方式、或反溶劑方式摻入到鈣鈦礦薄膜內。

進一步地，所述的離子穩定劑在鈣鈦礦薄膜內形成一定的濃度梯度。

本發明是這樣實現的，還提供一種如前所述的摻雜離子穩定劑的鈣鈦礦薄膜的制備方法，包括如下步驟：

步驟S11、制備鈣鈦礦溶液；