[發明專利]用作電子傳輸層的氧化物薄膜的制備方法及其應用

在審

• 申請號: 201810660498.2
• 申請日: 2018-06-25
• 公開（公告）號: CN109037457A
• 公開（公告）日: 2018-12-18
• 發明（設計）人: 曾文進;王惠平
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: H01L51/48
• 分類號: H01L51/48;H01L51/00;H01L51/42
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 吳飛

本發明公開一種用作電子傳輸層的氧化物薄膜的制備方法及其應用，該氧化物薄膜的制備方法包括下述步驟：1)配置氧化物前驅體溶液，攪拌均勻待用；2)在襯底表面滴加氧化物前驅體溶液開始旋涂，旋涂結束后將襯底轉移至含有誘導溶劑超純水的密封容器中；3)對密封容器加熱、使其內部形成水熱環境，襯底表面發生水熱反應、形成氧化物薄膜。本發明通過在密封容器中添加誘導溶劑，高溫高壓下，誘導溶劑在密封容器內霧化，促進襯底表面的氧化物前驅體溶液發生水熱反應，從而可以在較低的溫度條件下制備晶型可控且粗糙度較小的氧化物薄膜，將其用于太陽能電池器件中作為電子傳輸層時，能夠有效改善器件的光伏性能。

技術領域

本發明涉及太陽能電池器件，特別涉及用作電子傳輸層的氧化物薄膜的制備方法、包含該氧化物薄膜電子傳輸層的鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法，屬于鈣鈦礦半導體電池器件領域。

背景技術

能源的燃燒，這不僅導致了能源緊缺，還造成了嚴重的溫室效應、酸雨、全球污染等嚴重環境問題。由于現代工業化的迅猛發展，預計到2050年，全球消耗的能源總量要比現如今的能源消耗量增加大約15億瓦，未來社會的進步與發展深深依賴于清潔、廉價和豐富能源的獲取。

鈣鈦礦太陽能電池由于其光電轉換效率飛快的發展，被認為是近年來光伏領域最有前景的發明之一。PSCs光電轉換效率從2009年的3.8％以來經歷了幾次重大突破，2014年，美國華裔科學家楊陽的團隊通過對氧化銦錫(ITO)玻璃做改性處理來提高它的功函數并對作為電子傳輸層的TiO₂進行摻雜來改善電子的抽取和傳輸，獲得了19.3％的效率；在最新的報道中，鈣鈦礦太陽能電池的光電轉換效率已突破23％，并有望得到進一步發展。

納米氧化鈦材料的應用十分廣泛，常作為電池原料，當被應用到鋰離子電池中時，因其具有極好的高倍率性能、循環穩定性、快速充放電性能和較高的容量，不僅有效解決了鋰離子負極材料的安全性問題，還增加了鋰電池的穩定性，提高了其電化學性能，應用前景廣闊；當其被應用到化學能太陽能電池中時，作為電子傳輸層材料，納米氧化鈦不僅表現出其優越的穩定性能，并且其成本低廉(其制作成本為硅基太陽能電池的1/5～1/10)，還大幅度提高了太陽能電池的能量轉換效率。

常規的鈣鈦礦太陽能電池，其結構主體包括陰極、電子傳輸層、鈣鈦礦活性層、空穴傳輸層、陽極。其中除電子傳輸層外的其他層都可以在相對較低的溫度條件下制備得到，以氧化鈦薄膜電子傳輸層為例，現有常用的二氧化鈦制備工藝需要在500～600℃下進行；因此，電子傳輸層制備所需的溫度條件極大得影響了鈣鈦礦太陽能電池的工業化生產。

發明內容

發明目的：針對現有技術中電子傳輸層制備時需較高溫度條件的問題，本發明提供一種用作電子傳輸層的氧化物薄膜的制備方法，可以在較低的溫度條件下制備晶型可控且粗糙度較小的氧化物電子傳輸層材料；另外，本發明還提供一種包含該方法制備的氧化物薄膜電子傳輸層的鈣鈦礦太陽能電池、及該鈣鈦礦太陽能電池的制備方法。

技術方案：本發明所述的用作電子傳輸層的氧化物薄膜的制備方法，包括下述步驟：

1)配置氧化物前驅體溶液，攪拌均勻待用；

2)在襯底表面滴加氧化物前驅體溶液開始旋涂，旋涂結束后將襯底轉移至含有誘導溶劑超純水的密封容器中；密封容器優選高壓反應釜，其外殼為不銹鋼材料，內膽為聚四氟乙烯；

3)對密封容器加熱、使其內部形成水熱環境，襯底表面的氧化物前驅體溶液發生水熱反應、形成氧化物薄膜。

電子傳輸層的作用是傳輸電子，上述制備的用作電子傳輸層的氧化物薄膜可為氧化鈦、氧化鋅、氧化錫、氧化鋯中的一種或多種氧化物薄膜。