[發明專利]一種鈣鈦礦吸光層薄膜、其制備方法以及使用它的太陽電池

在審

• 申請號: 201811210235.8
• 申請日: 2018-10-17
• 公開（公告）號: CN111063804A
• 公開（公告）日: 2020-04-24
• 發明（設計）人: 丁黎明;王詩哲
• 申請（專利權）人: 國家納米科學中心
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/44;H01L51/46;H01L51/56
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟

本發明提供了一種鈣鈦礦吸光層薄膜、其制備方法以及使用它的太陽電池，所述制備方法以氫鹵酸為添加劑，制備得到所述鈣鈦礦吸光層薄膜；該方法制備鈣鈦礦吸光層薄膜以氫鹵酸為添加劑，大大降低了鈣鈦礦吸光層薄膜的制備過程中的退火溫度；制備原料易得，制備工藝簡單，避免了對環境有害的有機溶劑的大量使用，也避免了在高溫高壓或者真空條件下進行；且鈣鈦礦吸光層薄膜制備的太陽電池具有較好的能量轉換效率。

技術領域

本發明屬于太陽電池領域，涉及一種鈣鈦礦吸光層薄膜、其制備方法以及使用它的太陽電池。

背景技術

隨著科技的發展，人們對能源的需求日益增加，而傳統化石能源數量有限，無法為社會發展提供穩定的能源保障。同時，傳統化石能源的利用會造成一定程度的環境污染。尋找新型綠色可再生能源是人類亟待解決的關鍵問題。太陽能能量巨大，取之不盡，用之不竭，而且綠色環保，無地域限制和輸運之勞，是非常理想的替代能源。關于太陽能利用的研究中，將太陽能直接轉化為電能的太陽電池是最為活躍的研究領域。

太陽電池經過多年的發展，已經形成三代，分別為第一代硅基太陽電池，第二代薄膜太陽電池(如砷化鎵、碲化鎘和銅銦鎵硒)和第三代新材料太陽電池(如染料敏化太陽電池、有機太陽電池、鈣鈦礦太陽電池和量子點太陽電池)。現在大規模商業化的主要是第一代硅基太陽電池，而研究最為火熱的第三代太陽電池無疑是最具潛力的挑戰者。

2009年，有機無機雜化鈣鈦礦材料首次應用在太陽電池中，自此全世界范圍內掀起了對這種材料的研究熱潮。從2009年至今，能量轉換效率從3.8％增加到了23.3％，效率已經接近硅基太陽電池，生產成本卻遠低于硅基太陽電池。但是，穩定性是有機無機雜化鈣鈦礦材料最為嚴重的問題，因為有機部分非常容易揮發。將有機部分用無機金屬元素取代制備無機鈣鈦礦太陽電池成為近期研究的熱點。無機鈣鈦礦材料需要較高的退火溫度(300℃以上)來制備具有光學活性的黑相，在增加生產能耗的同時，也限制了無機鈣鈦礦材料在柔性基底和疊層電池中的應用。

CN105481697A公開了一種氣液或者氣固兩相原位反應制備有機無機雜化鈣鈦礦材料，通過氣體與液體一步旋涂或者氣體與固體原位反應連續沉積法制備得到所述有機無機雜化鈣鈦礦材料。所述方法具體包括如下步驟：將氫鹵酸HX、鹵化鉛PbX₂按照一定的比例混合后在有機胺氣氛下涂布到基底上，然后退火得到鈣鈦礦薄膜；或者將氫鹵酸HX、鹵化鉛PbX₂按照一定的比例混合后涂布到基底上干燥后得到前驅體薄膜，再經過有機胺蒸汽處理通過氣固原位反應即可制得高質量鈣鈦礦旋薄膜；該方法制備的鈣鈦礦薄膜結晶性好，且表面致密平整，但是未提及可以降低鈣鈦礦的制備溫度。

CN108409582A公開了一種鈣鈦礦薄膜的制備方法，包括：步驟1，取甲胺溴和溴化鉛混合，得混合溶質；將混合溶質置于手套箱中，并向其中加入溶劑，得混合溶液，攪拌待混合溶質溶解后，過濾，得鈣鈦礦前驅液；步驟2，取鈣鈦礦前驅液，加入苯乙胺，攪拌得混合鈣鈦礦溶液；步驟3，取混合鈣鈦礦溶液旋涂在基片上，并旋轉基片，使混合鈣鈦礦溶液結晶，再加熱揮發溶劑，即得鈣鈦礦薄膜；該方法制備的鈣鈦礦薄膜具有較高的覆蓋率，但是未提及可以降低鈣鈦礦的制備溫度。

CN107799655A公開了一種鈣鈦礦薄膜、太陽電池器件及制備方法，將鈣鈦礦CH₃NH₃XY₃前驅體溶液旋涂在基底上，然后滴加CB-PCBM溶液繼續旋涂一定的時間；最后退火處理，得到CH₃NH₃XY₃PCBM鈣鈦礦薄膜；其中X為ⅣA族金屬元素中的一種或多種摻雜而成，Y為鹵素中的一種或多種摻雜而成；該方法制備的太陽電池具有較好的電池轉換效率，但是其穩定性較差。

因此，開發一種節約能耗，制備簡單的鈣鈦礦吸光層薄膜的制備方法具有非常重要的意義。

發明內容