[發明專利]一種全無機鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法

在審

• 申請號: 201810897148.8
• 申請日: 2018-08-08
• 公開（公告）號: CN109065733A
• 公開（公告）日: 2018-12-21
• 發明（設計）人: 葉軒立;田晶晶;薛啟帆;鄢磊;劉梅月
• 申請（專利權）人: 華南協同創新研究院
• 主分類號: H01L51/46
• 分類號: H01L51/46;H01L51/42;H01L51/48;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 雷月華

本發明屬于太陽能電池器件技術領域，公開了一種全無機鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法。該太陽能電池為雙電子傳輸層，結構為SnO₂@ZnO。該雙電子傳輸層是通過先后旋涂SnO₂溶液和ZnO納米粒子的正丁醇溶液、然后熱退火處理制得。將最常用的無機電子傳輸材料ZnO納米粒子通過溶液加工的方法制作在光伏器件的光吸收層和SnO₂電子傳輸層之間，形成了優越的階梯式能級，實現了更好的能級匹配，同時電子抽取能力增強，大大減少了光吸收層中電子?空穴復合，從而達到了提高全無機鈣鈦礦太陽能電池開路電壓和光電轉換效率的目的。基于這種雙電子傳輸層結構，可以獲得高光伏性能的全無機鈣鈦礦太陽能電池器件。

技術領域

本發明屬于太陽能電池器件技術領域，特別涉及一種全無機鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法。

背景技術

近年來，能源稀缺問題和環境污染問題愈發突出，成為人類實現未來可持續發展的重大阻礙，而大力發展和推廣清潔、可再生能源技術是同時解決這兩大難題的最有效手段。在地球上眾多可利用的清潔能源中，太陽能是最豐富、最根本的能源形式，如何更充分有效、低成本地利用太陽能，是各國科學家們關注的焦點。太陽能電池可以將太陽能直接轉化為電能，供人類社會利用，是有效利用太陽能的最佳途徑之一。

太陽能電池，因其安全、穩定的特點，在過去多年中獲得了長足的發展，已經研究和開發了多種不同類型。近年來新出現的鈣鈦礦太陽能電池(PSCs)，采用了鈣鈦礦材料作為吸光材料。鈣鈦礦作為一種直接帶隙材料，可以采用簡便的溶液法來制備，具有吸收系數高、載流子壽命長、帶隙易調節以及平衡的雙極性電荷傳輸等眾多特點；同時其原料儲量豐富、成本低、易于大規模生產、具有很好的經濟性，這些優點使PSCs迅速成為光伏領域的研究熱點。

有機/無機雜化鈣鈦礦APbX₃(A＝MA⁺、FA⁺、…；X＝Cl、Br、I)太陽能電池和全無機CsPbX₃(X＝Cl、Br、I)鈣鈦礦太陽能電池是當前重點研究的兩大類。有機/無機雜化鈣鈦礦太陽能電池在2009年首次被應用于光伏領域，其光電轉換效率在短短幾年中從3.8％迅速提升到23.3％。然而，問題在于鈣鈦礦中的吸濕性和揮發性有機陽離子組分“A”經常導致其在暴露于熱和潮濕環境中時，膜的穩定性差，這對太陽能電池的長期穩定性是非常不利的，器件極易衰減。

相比來說，同樣作為光吸收材料的全無機CsPbX₃鈣鈦礦，由于所含有的全部為無機組分，具有更好的熱穩定性。但是其光電轉換效率卻遠低于有機/無機雜化鈣鈦礦太陽能電池效率。基于溶液加工法制備的CsPbX₃鈣鈦礦太陽能電池器件結構為ITO/氧化錫(SnO₂)/鈣鈦礦/2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴(Spiro-OMeTAD)/氧化鉬(MoO₃)/銀(Ag)，其中SnO₂與鈣鈦礦之間并非最優化界面接觸，SnO₂導帶能級(-4.43eV)與鈣鈦礦導帶能級(-4.16eV)不匹配，具有較大能級落差，這在一定程度上導致了全無機鈣鈦礦太陽能電池的開路電壓較低，從而使得器件光電轉換效率降低。

發明內容

為了解決現有技術的缺點和不足之處，本發明的首要目的為提供一種全無機鈣鈦礦太陽能電池，該太陽能電池包含SnO₂電子傳輸層和ZnO電子傳輸層。

本發明的另一目的為提供上述全無機鈣鈦礦太陽能電池的制備方法。

本發明的目的通過以下技術方案實現：

一種全無機鈣鈦礦太陽能電池，全無機鈣鈦礦太陽能電池器件結構由下到上依次包括襯底、陰極層、厚度為10～30nm的SnO₂電子傳輸層、厚度為10～30nm的ZnO電子傳輸層、鈣鈦礦光吸收層、空穴傳輸層、陽極修飾層和陽極層。