[發(fā)明專利]一種薄層狀鈣鈦礦結構的光伏材料及其制備方法與應用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810043223.4
• 申請日: 2015-12-21
• 公開（公告）號: CN108198942B
• 公開（公告）日: 2021-02-02
• 發(fā)明（設計）人: 不公告發(fā)明人
• 申請（專利權）人: 山西穿越光電科技有限責任公司
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/48
• 代理公司: 北京艾皮專利代理有限公司 11777
• 代理人: 馬小輝

本發(fā)明公開了一種薄層狀鈣鈦礦結構的光伏材料及其制備方法，屬于光伏材料領域，特別屬于鈣鈦礦結構的光伏材料的領域。本發(fā)明通過在鈣鈦礦結構的晶體的合成過程中，加入誘導劑，于適當的溫度與pH值下，使原本為立方晶系的鈣鈦礦結構的晶體發(fā)生畸變從而得到薄層狀堆疊形態(tài)的鈣鈦礦結構的晶體。本發(fā)明提出的制備方法過程簡單、操作簡易，得到的薄層狀鈣鈦礦結構的晶體電子傳輸效率高，應用于太陽能電池中時光電轉化率高，電子損耗小，傳輸效率高。

本申請是申請?zhí)枮?01510959659.4、申請日為2015年12月21日、發(fā)明創(chuàng)造名稱為“一種薄層狀鈣鈦礦結構的光伏材料及其制備方法”的專利的分案申請。

技術領域

本發(fā)明屬于光伏材料領域，特別屬于鈣鈦礦結構的光伏材料的領域。

背景技術

光伏材料是指能夠將太陽能轉換為電能的材料，主要為能夠通過“光生伏特效應”將太陽能轉換為電能的半導體材料，包括單晶硅、多晶硅、非晶硅、GaAs、InP、CdS、CdTe等。其中硅基材料的光電轉化率相對較高，但同時其制造成本也較高，而砷化鎵等半導體材料原料稀少、制備效率低、穩(wěn)定性差，在實際應用中受到了較大的限制。

鈣鈦礦結構的材料于2009年起首次作為光伏材料應用，其原料一般為廉價的鉛、鹵素、及胺鹽，材料的禁帶寬度較小，表現出良好的應用前景，其光電轉化率從最初的3.8％發(fā)展到15.9％僅用了不到5年的時間，已經逐步接近硅基光伏材料的效率，部分學者進一步預言了其光電轉化效率將很快超過單晶硅類的光伏材料，達到30％。

在使用鈣鈦礦結構的材料作為光伏材料時，目前使用較多的是將完整的鈣鈦礦結構的晶體的溶液在基底上進行涂覆的方法，或將完整的鈣鈦礦結構的晶體負載于能夠提高分散能力、增大光電轉換面積同時能夠提供電子傳輸通道的載體上，如公布號為CN104091888A的中國專利文件《一種鈣鈦礦結構型太陽能電池及其制備方法》中提出了一種將鈣鈦礦晶體負載于TiO2介孔中的技術方案，這一技術方案增大了在應用中鈣鈦礦晶體的有效轉換面積，增加了電子傳輸通道，部分解決了晶體溶液直接涂覆的缺陷，能獲得較高的理論效率，但該方案仍然需要借助于新的材料的制備，過程較復雜，干擾可能較大。

鈣鈦礦結構的晶體多為立方晶系或八面體晶系，其結構規(guī)整嚴密，在作為光伏材料使用時能夠直接產生光生電流的有效比表面積較小，在外電場作用下電子傳輸過程中的定向性不夠理想，會出現部分電子的損耗，如果能增大其直接產生光生電流的有效比表面積，增強電子傳輸的定向性，將能夠在現有基礎上進一步提高鈣鈦礦結構的晶體作為光伏材料使用時的光電轉化效率。

調節(jié)晶體的形態(tài)是一種比較有效的改變晶體性能的手段，常見的方法包括引發(fā)晶格畸變和晶型轉變，其可以通過化學/生物誘導劑誘導產生，也可以直接通過改變反應溫度、進行熱處理、施加外力作用等方式產生，其中改變反應溫度、進行熱處理等方式屬于物理作用，一般多用于不同晶體形態(tài)間能量差異不大，轉變相對較容易的情況下，而使用誘導劑進行晶格畸變或晶型轉變則可以產生出晶體一般情況下難以出現的形態(tài)或難以穩(wěn)定存在的形態(tài)。

根據需要對晶體形態(tài)進行的調整，誘導劑可以選用不同的類型，如生物大分子、表面活性劑、有機添加劑等等，在確定了適當的誘導劑后，對反應過程的控制亦是非常重要的，因晶體的生長是一個微小細致容易產生變動的過程，不同的反應參數將得到不同的結果，或者某些情況下完全無法得到穩(wěn)定的結果。

發(fā)明內容

基于現有技術中的缺陷，本發(fā)明希望提出一種非立方或八面體晶系、能夠有效提高光電轉化效率的鈣鈦礦結構的光伏材料，并同時公開其制備方法，本發(fā)明通過以下技術方案實現上述目的：

本發(fā)明首先公開了一種薄層狀鈣鈦礦結構的光伏材料的制備方法，包括以下步驟：

1)誘導劑溶液的配制

將陽離子表面活性劑使用溶劑去離子水配制成溶液，所述溶液的濃度為其CMC值的200％～300％，即得到誘導劑溶液；