[發(fā)明專利]一種介孔型鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法

有效

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• 申請日: 2018-06-30
• 公開（公告）號: CN108922970B
• 公開（公告）日: 2023-03-28
• 發(fā)明（設計）人: 壽春暉;沈黎麗;沈曲;鄔榮敏;丁莞爾;邵君;趙慶寶;陳宗琦;楊松旺;戴豪波;徐軼倫
• 申請（專利權）人: 浙江浙能技術研究院有限公司;浙江天地環(huán)保科技股份有限公司;中國科學院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: H10K30/10
• 分類號: H10K30/10;H10K85/50;H10K71/00
• 代理公司: 上海瀚橋專利代理事務所(普通合伙) 31261
• 代理人: 曹芳玲;熊子君

本發(fā)明涉及一種介孔型鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法。一種介孔型鈣鈦礦電池，包括透明導電基底、以及依次形成在透明導電基底上的空穴阻擋層、介孔支架層、鈣鈦礦光吸收層和對電極，所述介孔支架層為氧化鈦和氧化鋯的混合氧化物薄膜。

技術領域

本發(fā)明涉及一種介孔型鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法，具體涉及一種氧化鈦和氧化鋯混合介孔薄膜以及鈣鈦礦太陽能電池的制備方法，屬于太陽能電池技術領域。

背景技術

隨著社會進步和科技發(fā)展，人類的能源需求與日俱增。太陽能作為一種儲量豐富、清潔、無污染的可再生能源，受到國內(nèi)外的廣泛關注并吸引了大批科研人員深入研究。鈣鈦礦太陽能電池近年來由于其合適的禁帶寬度、較長的電荷擴散長度等優(yōu)異的光電性能和制作簡單、成本低等優(yōu)點得到迅速發(fā)展。鈣鈦礦材料MAPbX₃(MA＝CH₃NH₃，CH₃CH₂NH₃⁺,NH₂＝CH＝NH₂⁺；X＝Cl,Br,I)1980年被發(fā)現(xiàn)，2009年被Miyasaka課題組用作制備太陽能電池，發(fā)展至今，文獻記載的鈣鈦礦太陽能電池的最高效率已經(jīng)達到21.6％。以碳為對電極的鈣鈦礦電池無需空穴傳輸層，穩(wěn)定性好，制備工藝簡單工藝，成本較硅基太陽能電池而言非常低，因此顯示出了優(yōu)異的競爭力。

介孔型鈣鈦礦電池主要由透明導電基底、致密層、介孔層、鈣鈦礦光吸收層、空穴傳輸層、對電極組成。該結構是沿襲了染料敏化太陽能電池的結構，采用介孔TiO₂作為支架層，主要起到傳輸電子和支撐框架的作用。但TiO₂相比于其他同類無機氧化物半導體如ZnO等電子遷移率較低，在紫外光照下不穩(wěn)定，與鈣鈦礦界面接觸不夠緊密，這些缺點限制了鈣鈦礦太陽能電池的進一步發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種介孔型鈣鈦礦電池及其制備方法。

一方面，本發(fā)明提供了一種介孔型鈣鈦礦電池，包括透明導電基底、以及依次形成在透明導電基底上的空穴阻擋層、介孔支架層、鈣鈦礦光吸收層和對電極，所述介孔支架層為氧化鈦和氧化鋯的混合氧化物薄膜。

本公開中，選用ZrO₂與TiO₂的混合氧化物薄膜作為介孔支架層材料，其為透明狀的多孔薄膜，由于氧化鋯具有非常優(yōu)異的物理和化學性能，比如高沸點、高熔點、導熱系數(shù)小、熱膨脹系數(shù)大、耐磨性好、抗腐蝕性能優(yōu)良等。熱膨脹系數(shù)較大的氧化鋯在高溫煅燒后增大了薄膜中介孔的尺寸，使鈣鈦礦與介孔支架的接觸面積增大，改善了介孔支架/鈣鈦礦界面的電荷傳輸。同時高沸點、高熔點、耐腐蝕的特性使其在混合薄膜中發(fā)揮了穩(wěn)定結構的作用。ZrO₂與TiO₂的混合介孔鈣鈦礦電池具有較高的界面電荷傳輸，更高的開路電壓和更高的電池效率。

較佳地，所述介孔支架層中氧化鈦和氧化鋯的質(zhì)量比為1：(0.1～2)，優(yōu)選為1：(0.5～1)。由于氧化鋯常溫下是絕緣的，因此混合薄膜中氧化鋯含量過低，其在介孔中穩(wěn)定結構的作用不能發(fā)揮，介孔的尺寸也得不到有效控制，因此會使電池性能降低。而氧化鋯含量過高會影響介孔直接的其導電性，降低電荷遷移率，電池性能下降。當氧化鈦和氧化鋯的質(zhì)量比優(yōu)選為1：(0.5～1)，其可在有效控制介孔尺寸的同時，還能保持介孔支架層較高的導電性，使其電池性能得到很大的提高。

較佳地，所述對電極為碳基對電極，所述碳基對電極為以碳材料為主要材料的多孔的薄膜；優(yōu)選地，所述碳材料為片狀石墨、碳黑、碳纖維、石墨烯、碳納米管及其摻雜物中的至少一種。本發(fā)明利用碳材料作為對電極的材料，除了替換了現(xiàn)有電池中空穴傳輸層之外，還明顯改善了電池的穩(wěn)定性。

較佳地，所述介孔支架層的厚度為300～400nm。