[發(fā)明專利]一種低維無鉛鈣鈦礦薄膜及其無鉛鈣鈦礦太陽能電池制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810154056.0
• 申請日: 2018-02-22
• 公開（公告）號: CN108321299B
• 公開（公告）日: 2019-06-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳永華;邱健;夏英東;黃維
• 申請（專利權(quán)）人: 南京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/48
• 代理公司: 南京知識律師事務(wù)所 32207
• 代理人: 吳頻梅

本發(fā)明涉及一種低維無鉛鈣鈦礦薄膜及其無鉛鈣鈦礦太陽能電池制備方法，屬于光電材料與器件領(lǐng)域。該發(fā)明利用特殊的混合溶劑以及加熱旋涂技術(shù)，在沉積有空穴傳輸層的ITO玻璃基底上一步旋涂制備得到低維錫基鈣鈦礦薄膜，經(jīng)過退火處理后，此薄膜表面平整致密，晶粒大小接近10μm，制備方法簡易。所制備的低維錫基鈣鈦礦太陽能電池具有較高的光電轉(zhuǎn)化效率和良好的器件穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種低維無鉛基鈣鈦礦薄膜及其無鉛鈣鈦礦太陽能電池制備方法，尤其是一種可制備超大晶粒的高質(zhì)量低維無鉛鈣鈦礦薄膜及其太陽能電池器件的簡單方法，屬于光電材料與器件技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著社會的不斷發(fā)展，能源污染問題越來越受到人們的重視，尋找清潔可再生能源以及迫在眉睫。太陽能作為地球上最豐富的可再生能源之一，受到人們的關(guān)注。其中，太陽能電池是利用太陽能的一個重要途徑。目前市場化使用的大多是硅太陽能電池，但是硅太陽能電池成本較高，能耗大，很大程度上限制了硅太陽能電池的大規(guī)模應(yīng)用。

有機-無機雜化鈣鈦礦太陽能電池自2009年問世至今，短短幾年光電轉(zhuǎn)化效率就從3.8％提升到了22.7％。雖然鈣鈦礦太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率發(fā)展如此迅速，但在其產(chǎn)業(yè)化的道理上依然存在著許多的問題。其中，一般使用的有機無機雜化鈣鈦礦太陽能電池在面向市場時都存在著兩個急需解決的問題。一個就是有毒元素鉛急需替換，另一個就是鈣鈦礦外界環(huán)境工作穩(wěn)定性有待提升。

目前對于有毒元素鉛的替換一般都使用錫元素，但由于二價錫元素在空氣中極易氧化，導(dǎo)致其器件很不穩(wěn)定。雖然目前有借鑒鉛基鈣鈦礦太陽能電池穩(wěn)定性的方法來制備低維錫基鈣鈦礦薄膜及其太陽能電池使其穩(wěn)定性得到了一定的提升，但由于其薄膜結(jié)晶過程不好控制導(dǎo)致其薄膜質(zhì)量不高。并且大多工藝使用反溶劑，增加了制備過程的復(fù)雜性和成本。本發(fā)明結(jié)合特殊混合溶劑的溶劑效應(yīng)以及簡單的一步加熱旋涂法很好的控制了低維錫基鈣鈦礦薄膜的結(jié)晶過程，得到了高質(zhì)量超大晶粒的低維錫基鈣鈦礦薄膜。并且最終的器件性能和穩(wěn)定性都有了一定的提升。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是針對低維錫基鈣鈦礦薄膜結(jié)晶過程不易控制，薄膜質(zhì)量不高，提出一種簡單的超大晶粒，低維無鉛鈣鈦礦薄膜及其無鉛鈣鈦礦太陽能電池制備方法。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案是：一種簡單的、超大晶粒的、低維無鉛鈣鈦礦薄膜及其無鉛鈣鈦礦太陽能電池制備方法，包括以下步驟：

(1)將丁胺的碘鹽，氯甲胺，碘化亞錫以及氟化亞錫按摩爾比2:3:4:0.8溶于特殊的混合溶劑中配置成低維錫基鈣鈦礦前驅(qū)液，在30-120℃下攪拌3-5小時；

(2)在清洗并且處理過的ITO透明導(dǎo)電玻璃上旋涂沉積空穴傳輸材料；

(3)在沉積有空穴傳輸層的ITO基底上，利用加熱旋涂技術(shù)沉積低維錫基鈣鈦礦薄膜，經(jīng)過退火處理后得到平整致密的超大晶粒錫基鈣鈦礦薄膜；

(4)在此鈣鈦礦薄膜上旋涂沉積電子傳輸層；

(5)在電子傳輸層上接著真空熱蒸鍍界面修飾層和金屬電極。

優(yōu)選的，所述步驟(1)中特殊的混合溶劑為醋酸甲胺和二甲基亞楓的混合溶劑，其3中醋酸甲胺體積比二甲基亞楓體積為25％-400％。

優(yōu)選的，所述步驟(1)中鈣鈦礦前驅(qū)液濃度為100-300mg/mL。

優(yōu)選的，所述步驟(2)中透明導(dǎo)電ITO電極上沉積的空穴傳輸層為PEDOT:PSS，具體步驟為：旋涂PEDOT:PSS后，在120℃下退火30min。

優(yōu)選的，所述步驟(3)中加熱旋涂技術(shù)的基板溫度為40-120℃。

優(yōu)選的，所述步驟(4)中旋涂沉積的電子傳輸層為PCBM，其中PCBM以18mg/mL的濃度溶于氯苯溶液中。