[發(fā)明專利]一種高效率平面異質(zhì)結(jié)鈣鈦礦薄膜太陽能電池及制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810143862.8
• 申請日: 2018-02-12
• 公開（公告）號: CN108321298B
• 公開（公告）日: 2019-06-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李炫華;王雙潔;仝騰騰
• 申請（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/46;H01L51/48
• 代理公司: 西北工業(yè)大學(xué)專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

本發(fā)明涉及一種高效率平面異質(zhì)結(jié)鈣鈦礦薄膜太陽能電池及制備方法，在空穴傳輸層的溶液中添加DMSO溶液(溶解鈣鈦礦前驅(qū)體物質(zhì)的溶劑)，后經(jīng)旋涂法制得空穴傳輸層。由于DMSO中的氧原子含有孤對電子，可通過靜電相互作用有效地結(jié)合鈣鈦礦晶界處裸露的未成鍵的CH₃NH₃⁺，改善鈣鈦礦晶體的結(jié)晶質(zhì)量，進(jìn)而提高鈣鈦礦薄膜的光吸收能力；另由于DMSO可以溶解鈣鈦礦薄膜，則部分空穴傳輸材料就會(huì)滲透在鈣鈦礦層的表面形成一層鈣鈦礦和空穴傳輸材料相互滲透的混合層，使得這兩層之間接觸更加緊密，避免了層層之間存在空洞、針眼等不良接觸現(xiàn)象的出現(xiàn)。綜上所述，DMSO添加到HTM中同時(shí)完成了對鈣鈦礦成膜質(zhì)量和層層之間接觸情況的改善，有效地提高了PSCs的光電性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于太陽能電池器件領(lǐng)域，涉及一種高效率平面異質(zhì)結(jié)鈣鈦礦薄膜太陽能電池及制備方法，特別涉及一種室溫下采用一步法獲得鈣鈦礦太陽能電池(PerovskiteSolar Cells,PSCs)及其制備方法。

背景技術(shù)

能源不足和環(huán)境污染已成為制約當(dāng)今社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素，以一種清潔的可再生能源-太陽能為依托發(fā)展起來的太陽能電池被認(rèn)為是解決能源短缺和環(huán)境污染等問題的重要發(fā)展方向。然而，現(xiàn)階段的太陽能電池仍然面臨轉(zhuǎn)換效率低，生產(chǎn)成本高等難以應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)等問題。鈣鈦礦太陽能電池由于其卓越的光電性能和較低的生產(chǎn)成本引起了眾多研究者的廣泛關(guān)注，被認(rèn)為是光伏產(chǎn)業(yè)的“明日之星”。

常規(guī)平面異質(zhì)結(jié)鈣鈦礦太陽能電池的結(jié)構(gòu)由ITO(FTO)電極，電子傳輸層，鈣鈦礦光吸收層，空穴傳輸層和金屬電極組成。然而，鈣鈦礦薄膜的結(jié)晶質(zhì)量和不同膜層之間的結(jié)合情況(例如光吸收層和空穴傳輸層之間)作為兩個(gè)相對獨(dú)立的因素直接影響鈣鈦礦太陽能電池的關(guān)鍵參數(shù)開路電壓(V_oc)，短路電流密度(J_sc)，填充因子(FF)和能量轉(zhuǎn)換效率(PCE)，嚴(yán)重制約了鈣鈦礦太陽能電池效率的提升及商業(yè)化進(jìn)程。因此，我們很有必要開發(fā)一種簡單的制備技術(shù)，同時(shí)完成對鈣鈦礦成膜質(zhì)量和層層之間接觸狀況的改善，以期獲得高效率的鈣鈦礦太陽能電池。

發(fā)明內(nèi)容

要解決的技術(shù)問題

為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種高效率平面異質(zhì)結(jié)鈣鈦礦薄膜太陽能電池及制備方法。

技術(shù)方案

一種高效率平面異質(zhì)結(jié)鈣鈦礦薄膜太陽能電池，包括自下而上依次疊加的電子傳輸層4、鈣鈦礦層3、混合層2和空穴傳輸層1，以及電子傳輸層4下面的氧化銦錫導(dǎo)電玻璃，空穴傳輸層1上的Au金屬薄膜背電極；其特征在于：在鈣鈦礦層3與空穴傳輸層1之間形成了混合層2；所述混合層2為部分空穴傳輸材料滲透在鈣鈦礦層的表面形成的，厚度為50-60納米；所述電子傳輸層4為TiO₂，厚度為50-70納米，所述空穴傳輸層1為spiro-OMeTAD，厚度為200-300納米；所述鈣鈦礦層3厚度200-350 納米。

一種制備所述高效率平面異質(zhì)結(jié)鈣鈦礦薄膜太陽能電池的方法，其特征在于步驟如下：

步驟1、處理ITO玻璃：將清洗后的ITO玻璃相繼在去離子水、無水乙醇和丙酮中各自超聲處理10-15min后采用氮?dú)獯蹈桑賃V處理15-20min；

步驟2、旋涂電子傳輸層：將TiO₂溶液在ITO玻璃上以4000轉(zhuǎn)/分鐘的速率旋涂 60秒，接著在空氣中120-150℃下退火10-15min，冷卻至室溫，得到致密的TiO₂層；

步驟3、旋涂鈣鈦礦光吸收層：將具有致密的TiO₂層的ITO玻璃置于手套箱內(nèi)，將鈣鈦礦前驅(qū)體溶液滴在TiO₂層上，以3000轉(zhuǎn)/分鐘的速率旋涂60秒，在旋涂進(jìn)行到20秒時(shí)添加氯苯溶液，旋涂完成后在80-100℃下加熱10-15min，得到鈣鈦礦薄膜光吸收層；