[發(fā)明專利]一種鈣鈦礦平面異質(zhì)結太陽能電池及其制備方法

有效

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• 申請日: 2018-02-01
• 公開（公告）號: CN108269921B
• 公開（公告）日: 2021-03-19
• 發(fā)明（設計）人: 謝偉廣;林東旭;劉彭義
• 申請（專利權）人: 暨南大學
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/46;H01L51/48
• 代理公司: 廣州市華學知識產(chǎn)權代理有限公司 44245
• 代理人: 陳燕嫻

本發(fā)明涉及一種鈣鈦礦平面異質(zhì)結太陽能電池及其制備制備方法。該太陽能電池包括導電襯底FTO、電子傳輸層、三維?二維鈣鈦礦層、空穴傳輸層、電極；其中，所述的三維?二維鈣鈦礦層均通過氣相法制備而成。本發(fā)明用三維?二維鈣鈦礦層作為吸光層，一方面提高了太陽能電池對濕度和溫度穩(wěn)定性，降低了工藝上對封裝的要求，并且減少了有機溶劑的使用。另一方面，此氣相法制備的三維?二維鈣鈦礦層更具有工業(yè)生產(chǎn)的價值，為產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)具有高穩(wěn)定性的鈣鈦礦太陽能電池提供一種新的思路。

技術領域

本發(fā)明屬于太陽電池制備技術領域，具體涉及一種鈣鈦礦平面異質(zhì)結太陽能電池及其制備方法。

背景技術

有機-無機雜化的鈣鈦礦太陽能電池是近幾年來太陽能電池領域的研究熱點。由于有機-無機雜化的鈣鈦礦材料具有較大的吸收系數(shù)，較長的載流子壽命以及合適且可調(diào)的禁帶寬度等優(yōu)異的性能，使得基于有機-無機雜化的鈣鈦礦太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率在短短幾年內(nèi)由3.8％增加到22.7％。鈣鈦礦的較大系數(shù)和較長的載流子壽命使得作為光吸收層的厚度僅僅需要300nm左右，而可以調(diào)節(jié)的禁帶寬度使得鈣鈦礦材料不僅在太陽能電池的領域得到應用，而且在發(fā)光器件上也得到一定的應用。

雖然鈣鈦礦太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率提升非常快，已經(jīng)接近單晶硅太陽能電池的最高效率，但是阻礙鈣鈦礦太陽能電池產(chǎn)業(yè)化的最大因素是器件的不穩(wěn)定性。相比起硅基太陽能電池的25年使用壽命，目前鈣鈦礦太陽能電池的穩(wěn)定性顯得微不足道。鈣鈦礦太陽能電池的不穩(wěn)定性主要體現(xiàn)在作為吸光層材料中的有機陽離子(MA⁺，F(xiàn)A⁺)具有親水性，其熱穩(wěn)定性差的特性，導致吸光材料在大氣或者升溫環(huán)境下迅速分解。

為了進一步提高鈣鈦礦太陽能電池的穩(wěn)定性，研究人員針對鈣鈦礦層穩(wěn)定性的提高提出了一些方案，如采用無機陽離子Cs⁺代替部分的MA⁺、FA⁺離子，通過調(diào)節(jié)鈣鈦礦層的晶格結構趨于更合適的容忍因子使得器件更加穩(wěn)定；采用有機疏水性長鏈分子BAI中的BA⁺陽離子代替部分的MA⁺離子能有效提高器件的濕度穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。在BA⁺離子和Cs⁺離子上的引進方面，通過將BAI，F(xiàn)AI，CsI等與PbBr₂和PbI₂按一定的比例溶解在DMF等有機溶劑中，制備的鈣鈦礦太陽能電池具有良好的穩(wěn)定性，但其制備方法復雜。

目前采用BA⁺陽離子代替MA⁺離子的方法均是通過溶液法實現(xiàn)，溶液法制備過程中引進的有機溶劑如DMSO，GBL，DMF對鈣鈦礦的成膜質(zhì)量有諸多不確定性影響，而更為不利的是，這些溶劑均存在一定程度的毒性，如果后續(xù)處理不當，大規(guī)模應用必將導致嚴重的環(huán)境問題。

因此，針對上述存在的問題，有必要提出更優(yōu)化的解決方案。

發(fā)明內(nèi)容

為了避免鈣鈦礦薄膜制備過程中有機溶劑的引入，進一步提高鈣鈦礦平面異質(zhì)結太陽能電池的穩(wěn)定性，本發(fā)明的首要目的在于提供一種通過氣相法引入有機疏水性BAI基團，實現(xiàn)一種無溶液、高穩(wěn)定性的鈣鈦礦活性層的制備方法。該方法除了無溶劑的優(yōu)點外，還符合真空半導體薄膜工業(yè)化生產(chǎn)的工藝要求，且具備大面積生產(chǎn)的潛力。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種簡單的由三維和二維鈣鈦礦材料構成的平面異質(zhì)結構太陽能電池的制備方法以及一種性能穩(wěn)定的鈣鈦礦平面異質(zhì)結太陽能電池，相比于純?nèi)S鈣鈦礦平面異質(zhì)結太陽能電池，可以獲得高溫、高濕度下的穩(wěn)定電池性能，且本結構更簡單而容易控制。

本發(fā)明的目的通過下述技術方案實現(xiàn)：

一種鈣鈦礦平面異質(zhì)結太陽能電池，其包括，包含有FTO的基底，位于所述基底上的電子傳輸層，位于所述電子傳輸層上的空穴傳輸層，以及位于所述空穴傳輸層上的電極，位于所述電子傳輸層與所述空穴傳輸層之間三維-二維鈣鈦礦層。

進一步的，所述電子傳輸層為TiO2；