[發明專利]一種摻雜添加劑的鈣鈦礦薄膜及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 201810119782.9
• 申請日: 2018-02-06
• 公開（公告）號: CN108321300A
• 公開（公告）日: 2018-07-24
• 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: H01L51/48
• 分類號: H01L51/48;H01L51/46
• 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添加劑的鈣鈦礦薄膜，在所述鈣鈦礦薄膜內摻雜有添加劑，所述添加劑為金屬離子M與鹵素離子G形成的穩定劑。本發明還公開了一種摻雜添加劑的鈣鈦礦薄膜的制備方法和應用，通過在鈣鈦礦薄膜的制備過程中，摻入適量的添加劑，通過添加劑抑制鈣鈦礦薄膜材料中碘離子的移動，從而達到穩定材料本身的作用，使得由此制備的鈣鈦礦電池的長期穩定性得到提升，提高鈣鈦礦電池的性能，使得其使用壽命顯著延長，而且還促進工業化生產。

技術領域

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

背景技術

太陽能電池是一種光電轉換器件，利用半導體的光伏效應將太陽能轉化為電能。發展至今，太陽能發電已經成為除水力發電和風力發電之外最重要的可再生能源。現用于商業化的半導體有單晶硅、多晶硅、非晶硅、碲化鎘、銅銦鎵硒等等，但大多能耗大、成本高。

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。鈣鈦礦分子為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%以上，已高于商業化的晶硅太陽能電池且具有較大的成本優勢。

在鈣鈦礦材料中碘離子與有機官能團相連作用力較弱，因而容易斷開。斷開后獨立的碘離子容易移動，從而導致鈣鈦礦材料的老化，導致器件性能的惡化。

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。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。

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。這些方法有效的調控了鈣鈦礦的結晶過程，獲得表面致密光滑的薄膜，從而提高鈣鈦礦電池的性能和長期穩定性。但是現有的添加劑卻不能抑制碘離子移動，不能防止鈣鈦礦材料的老化。

因此，現有技術有待進一步改進和完善。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于，提供一種摻雜添加劑的鈣鈦礦薄膜及其制備方法和應用，在鈣鈦礦薄膜的制備過程中，摻入適量的添加劑，通過添加劑來抑制碘離子的移動，從而達到穩定鈣鈦礦薄膜材料本身的作用，提供一種具有摻雜添加劑的活性層的鈣鈦礦薄膜及鈣鈦礦太陽能電池。

本發明是這樣實現的，提供一種摻雜添加劑的鈣鈦礦薄膜，在所述鈣鈦礦薄膜內摻雜有添加劑，所述添加劑為金屬離子M與鹵素離子G形成的穩定劑，其化合物式為MG，其中，所述金屬離子M包括稀土離子、鋰離子、鈉離子、鉀離子、氫離子、鈣離子、鎂離子、鋇離子、鋁離子中的任意一種離子，或者包括一價銅離子、二價銅離子、一價銀離子、二價鐵離子、三價鐵離子、二價錳離子、四價錳離子、六價錳離子、七價錳離子、鋅離子、一價鎳離子、二價鎳離子、鈷離子、鈦離子、鉻離子、鉿離子、鉭離子、鋯離子、鉬離子、鈮離子中的任意一種離子，或者包括銨根離子、BF₃離子、B₂H₆離子、砷離子、銻離子、缺電子π鍵離子中的任意一種離子，所述鹵素離子G為碘、溴、氯中任意一種離子。

由于在鈣鈦礦薄膜的制備過程中，會在局部產生碘空位，而碘空位的存在會促進鈣鈦礦中碘離子的遷移，因此，引入這些添加劑MG可以促進碘的均勻分布可以有效的減少碘空位。一般采用半徑較小的金屬鹵化物，可有效的降低鈣鈦礦薄膜中的碘空位濃度。