[發(fā)明專利]一種碳基疊合太陽(yáng)能電池及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910122647.4
• 申請(qǐng)日: 2019-02-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109888101A
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-06-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 史彥濤;智強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇賽清科技有限公司;浙江賽時(shí)科技有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): H01L51/42
• 分類號(hào): H01L51/42;H01L51/44;H01L51/48
• 代理公司: 北京國(guó)謙專利代理事務(wù)所(普通合伙) 11752
• 代理人: 肖應(yīng)國(guó)

本發(fā)明公開(kāi)了一種碳基疊合太陽(yáng)能電池及其制備方法，涉及新能源材料與器件領(lǐng)域。本發(fā)明所述的碳基疊合結(jié)構(gòu)為在光陽(yáng)極和背電極中同時(shí)引入碳材料，即由兩層碳材料組成。本發(fā)明用碳基疊合結(jié)構(gòu)和背電極基板取代了傳統(tǒng)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的貴金屬電極或碳基單電極。本發(fā)明用碳材料代替貴金屬金或銀，為大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)提供有利的支撐；噴涂碳材料替代真空蒸鍍貴金屬，降低能耗；碳基疊合結(jié)構(gòu)太陽(yáng)能電池可以有效減小復(fù)合路徑，降低電池復(fù)合，可制備高效電池。此外，本發(fā)明提供的碳基疊合太陽(yáng)能電池可靈活變換背電極，能獨(dú)立維修替換，使用方便，節(jié)約能源。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于新能源材料與器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種碳基疊合太陽(yáng)能電池及其制備方法。

背景技術(shù)

當(dāng)前，人類大部分能源來(lái)自于化石能源的燃燒，這些化石能源儲(chǔ)量有限且容易造成環(huán)境污染，威脅人類健康?？稍偕茉匆蚱淇沙掷m(xù)性、清潔、環(huán)保，是未來(lái)能源的發(fā)展方向。在眾多可再生能源中，太陽(yáng)能因其儲(chǔ)量豐富，分布廣泛，被認(rèn)為21世紀(jì)最重要的新能源之一。

目前太陽(yáng)能光電轉(zhuǎn)換主要是利用太陽(yáng)能電池完成的，其原理是根據(jù)光電效應(yīng)或光化學(xué)效應(yīng)，將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能的一種半導(dǎo)體器件，是目前最理想的能源應(yīng)用形式之一。

鈣鈦礦太陽(yáng)能電池是以具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的有機(jī)-金屬鹵化物等作為核心光吸收、光電轉(zhuǎn)化、光生載流子輸運(yùn)材料的太陽(yáng)能電池。短短幾年內(nèi)，效率就迅速達(dá)到23.3％的光電轉(zhuǎn)化效率，成功引領(lǐng)新一代太陽(yáng)能電池的發(fā)展。由于其核心光電轉(zhuǎn)化材料廉價(jià)、容易制備，為大規(guī)模低成本制造提供了可能。此外，該電池?zé)o需電解液，無(wú)需擔(dān)心漏液等問(wèn)題，有利于器件的穩(wěn)定性。它最早由日本科學(xué)家Kojima等于2009年提出，他們將其用于液態(tài)染料敏化太陽(yáng)能電池中，效率達(dá)到3.8％(J.Am.Chem.Soc.,2009,131,6050-6051)。2012年，H.S.Kim等將其用于固態(tài)電池中，效率達(dá)到9.7％，取得巨大突破(Scientific Reports,2012,2,591)。最近游經(jīng)碧課題組將效率提升到23.3％(https://www.nrel.gov/pv/assets/images/efficiency-chart.png)。

當(dāng)前，傳統(tǒng)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)通常為FTO/電子提取層/Perovskite光吸收層/空穴提取層/金屬電極。其中用于收集空穴的金屬電極通常是由真空蒸鍍的貴金屬金或者銀組成的。盡管該種結(jié)構(gòu)已經(jīng)取得了23.3％的光電轉(zhuǎn)化效率。但是由于貴金屬蒸鍍工藝復(fù)雜，能耗高，需要高真空下完成，盡管可以在實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)，但在大規(guī)模生產(chǎn)時(shí)卻難以實(shí)現(xiàn)。同時(shí)金銀等貴金屬價(jià)格昂貴，儲(chǔ)備有限，且容易被其他功能層腐蝕。碳材料由于具有合適的能帶(5.0eV),導(dǎo)電性好，材料來(lái)源豐富，穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)成為替代貴金屬背電極的重要材料之一，各種各樣的碳材料(炭黑，石墨，石墨烯，碳納米管等)被用作碳基鈣鈦礦電池背電極。目前效率較高(＞15％)的碳基鈣鈦礦電池主要有三種結(jié)構(gòu)：1)韓宏偉及王鳴魁等課題組制備的三維互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的碳基鈣鈦礦電池；2)孫立成及史彥濤等課題組刮涂法制備的平面接觸的碳基鈣鈦礦電池。3)孟慶波課題組制備的碳膜熱壓平面接觸的碳基鈣鈦礦電池。三種碳基鈣鈦礦電池都有其各自缺點(diǎn)。如：第一種結(jié)構(gòu)電池需要高溫?zé)Y(jié)(＞500℃)，影響鈣鈦礦結(jié)晶的因素過(guò)多，高效有機(jī)空穴提取層難以引入結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致電池效率仍未突破16％；第二種結(jié)構(gòu)所用碳漿一般會(huì)添加諸多溶劑及添加劑，一定程度上會(huì)破壞與其相鄰功能層的結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致電池衰減，電池效率突破17％的文獻(xiàn)報(bào)道較少；第三種結(jié)構(gòu)盡管效率較高(19％左右)，但是其碳膜一旦熱壓完成，便不能隨意拆卸及疊合，背電極及光陽(yáng)極不能獨(dú)立維修或者替換，且碳膜較厚，縱向提取路徑過(guò)長(zhǎng)，復(fù)合嚴(yán)重，大大限制了其應(yīng)用范圍。因此我們迫切需要尋找一種低成本無(wú)添加劑免燒結(jié)適合大面積生產(chǎn)高效碳基太陽(yáng)能電池的制備方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明通過(guò)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，提供了一種碳基疊合太陽(yáng)能電池及其制備方法，不但解決傳統(tǒng)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池背電極需要用到真空蒸鍍及貴金屬所造成的成本及穩(wěn)定性問(wèn)題，而且解決了碳基鈣鈦礦太陽(yáng)能電池各部分電極不能獨(dú)立維修替換及穩(wěn)定性問(wèn)題。。