[發明專利]太陽能電池及其制備方法和改善鈣鈦礦層傳輸特性的方法

有效

• 申請號: 201811132667.1
• 申請日: 2018-09-27
• 公開（公告）號: CN109411607B
• 公開（公告）日: 2021-01-19
• 發明（設計）人: 吳朝新;董化;冉晨鑫;焦博;魏斐潔
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/46;H01L51/48
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 高博

本發明公開了一種太陽能電池及其制備方法和改善鈣鈦礦層傳輸特性的方法，將共軛有機銨鹽加入鈣鈦礦前驅體的DMF/DMSO溶液中，退火并清洗得到鈣鈦礦層薄膜，利用有機共軛銨鹽調控鈣鈦礦層薄膜的結晶生長，抑制電荷復合。本發明使已結晶的鈣鈦礦吸光層薄膜缺陷顯著減少，載流子遷移率提高，器件轉化效率提高20％以上，能夠充分滿足器件商業化使用的需要。

技術領域

本發明屬于有機/無機復合太陽能電池技術領域，具體涉及一種太陽能電池及其制備方法和改善鈣鈦礦層傳輸特性的方法。

背景技術

2013年，鈣鈦礦太陽能電池被美國《科學》雜志年度評選為十大科學突破，鈣鈦礦這種新型的有機/無機復合材料由于一系列優點，經過短短9年發展，迅速在光伏領域內獲得了廣泛關注。

有機/無機復合鈣鈦礦材料的出現可以追溯到一個世紀前，但是當時人們認為這類材料由于其中錫和鉛的毒性，而因此沒有被過多研究。目前主流的吸光層制備方法為溶液法制備，存在薄膜缺陷太多，載流子符合嚴重，薄膜穩定性差等缺點。這些問題制約了相應的鈣鈦礦太陽能電池的效率發展和穩定性發展。為了解決如上問題，對鈣鈦礦吸光層的薄膜處理十分必要?？紤]到鈣鈦礦吸光層是由金屬鹵化物構成，目前研究中利用含有氨基的有機長鏈分子和鈣鈦礦材料形成配位，從而鈍化缺陷改善薄膜質量和穩定性。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，提供一種太陽能電池及其制備方法和改善鈣鈦礦層傳輸特性的方法，利用含有共軛結構的有機銨鹽，提高載流子在鈣鈦礦吸光層中的遷移率，鈍化缺陷的同時增強電荷傳輸，從而改善鈣鈦礦吸光層的薄膜質量，提高相應的太陽能電池效率。

本發明采用以下技術方案：

一種改善鈣鈦礦層傳輸特性的方法，將共軛有機銨鹽加入鈣鈦礦前驅體的DMF/DMSO溶液中，退火并清洗得到鈣鈦礦層薄膜，利用有機共軛銨鹽調控鈣鈦礦層薄膜的結晶生長，抑制電荷復合。

具體的，共軛有機銨鹽的分子結構如下：

其中，R是由苯萘吡啶喹啉1，3，5三嗪噻吩二苯胺和三苯胺中的單個或多個共軛基團以任意方式組合；X為陰離子Cl^-,Br^-和I^-中的一種或者幾種陰離子的任意組合。

進一步的，n或m的取值為自然數，且n和m不能同時為0。

具體的，鈣鈦礦層為ABX₃結構，A為甲胺CH₃NH₂或甲脒HC(NH₂)₂或銫Cs⁺；B為陽離子Pb²⁺，Sn²⁺或Ge²⁺；X為陰離子Cl^-,Br^-和I^-中的一種或者幾種陰離子的任意組合。

進一步的，鈣鈦礦前驅體包括金屬鹵化物和有機/無機鹽，金屬鹵化物為BX₂；有機/無機鹽為AX。

具體的，DMF/DMSO溶液的濃度為5～50mg/ml；退火溫度為100～120℃。

一種太陽能電池，包括依次疊加的基片、陽極層、空穴傳輸層、鈣鈦礦層、電子傳輸層5、空穴阻擋層層和陰極，鈣鈦礦層采用所述的改善鈣鈦礦吸光層傳輸特性方法制備。

具體的，鈣鈦礦層的厚度為200～400nm。

具體的，陽極層的方塊電阻為10～20Ω，厚度為100～120nm；空穴傳輸層的厚度為30nm；電子傳輸層的厚度為30nm；空穴阻擋層層的厚度為5nm；陰極的厚度為100～150nm。

一種太陽能電池的制備方法，包括以下步驟：