[發明專利]一種鈣鈦礦新型太陽能電池及其制備方法

有效

• 申請號: 201810301207.0
• 申請日: 2018-04-04
• 公開（公告）號: CN108389974B
• 公開（公告）日: 2019-12-17
• 發明（設計）人: 喬娟;李美成;竇尚軼;馬福生;衛東;王瑞;崔鵬;紀軍;黃浩
• 申請（專利權）人: 清華大學;華北電力大學
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/46;H01L51/48
• 代理公司: 11228 北京匯澤知識產權代理有限公司
• 代理人: 張瑾

本發明屬于鈣鈦礦太陽能電池技術領域。本發明在鈣鈦礦成膜階段以反溶劑為負載，在鈣鈦礦薄膜中加入紅熒烯分子，利用旋涂法低溫制備鈣鈦礦/紅熒烯復合薄膜。本方法制備的基于紅熒烯與鈣鈦礦超分子作用的新型復合薄膜的鈣鈦礦太陽能電池既限制了鈣鈦礦材料中陽離子的遷移，提高了鈣鈦礦薄膜的穩定性，同時又減少了薄膜中缺陷的產生，提高了鈣鈦礦中載流子傳輸效率，還避免了因為離子遷移所導致的器件輸出效率的不穩定，提高了鈣鈦礦太陽能電池在工作狀態下的穩定性和光電轉換效率。本發明的基于超分子相互作用的鈣鈦礦/紅熒烯新型太陽能電池具有工藝簡單、穩定性好、重復性好等特點，適合于大規模推廣應用等特點，具有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明屬于太陽能電池技術領域，特別涉及一種采用新型鈣鈦礦的太陽能電池及其制備方法。

背景技術

近年來，隨著世界能源需求迅速增長，日益嚴重的供需和環境問題已成為制約社會經濟發展的瓶頸，建立清潔、充足、經濟、安全和可持續發展的能源體系迫在眉睫。在全球性化石能源日益枯竭、環境污染不斷加重的今天，太陽能因其取之不盡、清潔、無任何污染等優點逐步走入公眾視野，成為最具開發潛力的新能源之一。而在太陽能的眾多應用中，太陽能電池將太陽能直接轉化為電能，是有效利用太陽能的最佳途徑之一。

太陽能電池技術發展至今，大致經歷了三個階段：第一代硅基太陽能電池是發展最為完善、應用最為廣泛的成熟技術，占據市場份額的90％以上。但晶硅太陽能電池在其生產過程中，尤其是晶硅原材料的提純中，存在著高耗能和高污染的問題；第二代薄膜太陽能電池(GaAs,CdTe,CuInGaSe等)技術由于比硅基電池更能容忍較高的缺陷密度而得到了迅猛的發展，但其大規模應用也受制于制造成本高、環境污染嚴重、稀缺元素不可持續發展等問題；近年來，以染料敏化太陽能電池、有機太陽能電池為代表的第三代太陽能電池，以成本低廉、原料豐富等優勢受到業界關注，發展迅速，可以和非晶硅基電池相媲美，但仍存在穩定性差、機理復雜、難以大規模生產等諸多問題。

在眾多的新型太陽能電池里，一種基于鈣鈦礦型的有機金屬鹵化物CH₃NH₃PbX₃(X代表鹵族元素，最常見的是I)材料的太陽能電池引起了全世界的關注。自2009年出現到目前為止，鈣鈦礦太陽能電池的最高效率已達到22.7％。對于太陽能電池來說，高的轉換效率是其最重要的性能評價標準之一，所以，不斷提升鈣鈦礦太陽能電池的光電轉換效率是研究者一直堅持的目標。為了增強鈣鈦礦電池的工作穩定性，提高電池在實際應用中的光電轉換效率，減少鈣鈦礦電池器件制備工藝，成為鈣鈦礦太陽能電池的重要研究方向。鈣鈦礦材料作為高效光吸收層，可以同時傳輸電子和空穴，因此鈣鈦礦電池可以被做成結構簡單的平板結構電池。平板結構鈣鈦礦太陽能電池結構簡單，制備工藝簡單，電池效率較高，但是電池測試中會出現明顯的遲滯現象，且載流子傳輸和收集效率較低，小于50％。此外，平板結構鈣鈦礦太陽能電池由于鈣鈦礦吸光層低溫制備工藝以及各個功能層沉積工藝的影響，在鈣鈦礦薄膜晶界處以及鈣鈦礦和其他功能層之間的界面處，存在大量缺陷態，光生載流子在這些位置存在較多復合；同時，這些缺陷態又為鈣鈦礦離子遷移提供了傳輸通道，嚴重影響了鈣鈦礦晶體結構的穩定性，從而造成鈣鈦礦電池器件光電轉換效率的不穩定。

發明內容

本發明的目的是解決上述現有技術中存在的問題，提供一種新型的基于超分子相互作用的鈣鈦礦/紅熒烯新型太陽能電池及其制備方法。

本發明提供一種基于超分子相互作用的鈣鈦礦/紅熒烯太陽能電池，包括在玻璃基底上依次層疊的ITO透明電極、SnO₂致密層、鈣鈦礦化合物復合層、空穴傳輸層和金屬電極，所述的鈣鈦礦化合物復合層為由鈣鈦礦材料與紅熒烯材料復合形成。

上述本發明的這種基于超分子相互作用的鈣鈦礦/紅熒烯太陽能電池，所述的鈣鈦礦化合物復合層采用一步旋涂法制備。

本發明同時保護一種制備基于超分子相互作用的鈣鈦礦/紅熒烯新型太陽能電池的方法，采用一步法制備鈣鈦礦薄膜，步驟如下：