[發(fā)明專利]一種磷酸根分子修飾的鈣鈦礦光伏器件及其制備方法和用途

有效

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• 申請日: 2018-11-23
• 公開（公告）號: CN111223988B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發(fā)明（設計）人: 冷炫燁;周惠瓊;唐智勇
• 申請（專利權）人: 國家納米科學中心
• 主分類號: H10K30/10
• 分類號: H10K30/10;H10K85/50
• 代理公司: 北京知元同創(chuàng)知識產權代理事務所(普通合伙) 11535
• 代理人: 汪泉;謝怡婷

一種磷酸根分子修飾的鈣鈦礦光伏器件及其制備方法和用途。本發(fā)明借助磷酸有機分子，在鈣鈦礦光伏器件界面層中引入一個含磷酸根分子的界面修飾層，對鈣鈦礦光伏器件中鈣鈦礦光活性層進行修飾，以鈍化鈣鈦礦活性層的表面缺陷以及提高器件界面處的電子和空穴的傳輸效率，實現高光電轉化效率、高穩(wěn)定性的鈣鈦礦光伏器件。本發(fā)明鈍化鈣鈦礦光伏器件中的界面缺陷。本發(fā)明制得的含磷酸根分子修飾鈣鈦礦光伏器件環(huán)境友好，能耗低。

技術領域

本發(fā)明屬于光伏器件材料領域，涉及一種磷酸根分子修飾的鈣鈦礦光伏器件及其制備方法和用途。

背景技術

現代社會對能源的需求日益增加，而傳統的化石能源儲量有限，終有被消耗竭盡的一天，此外其化學燃燒釋放能量的過程給環(huán)境造成了極大的污染，影響地球的生態(tài)環(huán)境以及人類的身心健康，為了人類的長遠發(fā)展，尋求新的潔凈能源變得越來越迫切。太陽作為地球的供能源泉，對于我們的生命長度來說，太陽能可以說是取之不盡，用之不竭。因而對太陽能的吸收利用的研究對于我們人類的生活以及長遠發(fā)展有著極其重要的意義。

無機硅太陽能電池是目前市場上商用最廣泛的太陽能電池，早在上世紀50年代，基于晶體硅的光壓器件應用于太陽能電池就已經有報道。然而其生產成本高、工藝復雜，這些問題限制了它更廣泛的用途。在此之后，基于薄膜多晶和無定型半導體、半導體納米粒子、有機和金屬染料配合物、有機半導體等太陽光吸收材料的光伏器件相繼被提出和發(fā)展。然而，這些光伏材料的效率仍很難與硅基太陽能電池(25.6％)相抗衡。

在過去幾年里，有機無機雜化鈣鈦礦太陽能電池迅速興起。這些材料由有機鹵化物(如：CH₃NH₃I)和金屬鹵化物(如：PbI₂)復合而成，有類似于鈣鈦礦的ABX₃結構，其中A為有機陽離子，B為金屬陽離子，X指鹵素離子。自從2012年被報道以來，這些基于鈣鈦礦結構的有機無機雜化太陽能電池的效率在短短四年內由3％飛速提升至20％，在短時間內超過有機太陽能電池和染料敏化太陽能電池的效率，并有望達到單晶硅太陽能的水平(Lee,M.M.et?al.Science,2012,338:643–647.)。由于鈣鈦礦太陽能電池驚人的效率提升以及飛快的發(fā)展速度，越來越多的科研工作者投身于鈣鈦礦太陽能電池的研發(fā)，越來越多的器件結構以及制作工藝相繼被提出。

然而，要將鈣鈦礦太陽能電池大規(guī)模投入應用，仍有許多問題亟待解決。其中，鈣鈦礦光伏器件中鈣鈦礦活性層的表面缺陷以及鈣鈦礦器件中電子和空穴的傳輸依然是制約其光電轉化效率以及器件穩(wěn)定性的關鍵因素。

發(fā)明內容

為了改善現有技術的不足，本發(fā)明的目的是提供一種磷酸根分子修飾的鈣鈦礦光伏器件及其制備方法和用途。本發(fā)明借助磷酸有機分子，在鈣鈦礦光伏器件界面層中引入一個磷酸根分子的界面修飾層，對鈣鈦礦光伏器件中鈣鈦礦光活性層進行修飾，以鈍化鈣鈦礦活性層的表面缺陷以及提高器件界面處的電子和空穴的傳輸效率，實現高光電轉化效率、高穩(wěn)定性的鈣鈦礦光伏器件。本發(fā)明鈍化鈣鈦礦光伏器件中的界面缺陷，制得的磷酸根分子修飾鈣鈦礦光伏器件環(huán)境友好，能耗低。

本發(fā)明目的是通過如下技術方案實現的：

一種磷酸根分子修飾的鈣鈦礦光伏器件，所述磷酸根分子修飾的鈣鈦礦光伏器件包括依次相連的基底電極、窗口界面層、磷酸根分子界面修飾層、鈣鈦礦活性層、背電極界面層和背電極；所述磷酸根分子界面修飾層是由含磷酸根分子界面材料的前驅體制備得到的。

根據本發(fā)明，所述基底電極選自氧化銦錫(ITO)導電玻璃、ITO有機分子聚合物、碳薄膜材料(例如石墨、碳漿、石墨烯或石墨炔)和金屬薄膜材料(所述金屬例如為Au、Ag、Al或Cu)等中的至少一種，優(yōu)選為氧化銦錫導電玻璃。

根據本發(fā)明，所述基底電極的厚度為50-1000nm。