[發(fā)明專利]一種鈣鈦礦太陽能電池背電極及制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910292803.1
• 申請日: 2019-04-12
• 公開（公告）號: CN109873083A
• 公開（公告）日: 2019-06-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 涂益民
• 申請（專利權(quán)）人: 涂益民
• 主分類號: H01L51/44
• 分類號: H01L51/44;H01L51/48;C22C9/00;C22C1/04;C22C1/10
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本發(fā)明涉及鈣鈦礦太陽能電池制備技術(shù)領(lǐng)域，且公開了一種鈣鈦礦太陽能電池背電極，包括以下重量份數(shù)配比的原料：64份微米Cu粉、9.6份微米Ni粉、6.4份微米Be粉、2～5份硅酸鈉、10～20份硅酸鉀、10～15份硅溶膠、5～10份甲基三甲氧基硅烷。本發(fā)明還公開了一種鈣鈦礦太陽能電池背電極的制備方法。本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)中的鈣鈦礦太陽能電池背電極，存在的增加了電池的成本并破壞了電池的長期穩(wěn)定性的技術(shù)問題，以及解決了現(xiàn)有技術(shù)中制備鈣鈦礦太陽能電池背電極的方法，在制備背電極的過程中所需要的高溫環(huán)境容易使鈣鈦礦吸收層發(fā)生分解變質(zhì)的技術(shù)問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鈣鈦礦太陽能電池制備技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種鈣鈦礦太陽能電池背電極及制備方法。

背景技術(shù)

與其他太陽能電池技術(shù)相比，鈣鈦礦太陽能電池(PSCs)優(yōu)點眾多，從鈣鈦礦材料本身來說，它的載流子遷移率高、能帶寬度合適、光吸收能力強(qiáng)，在電池制作方面，其制備工藝簡單，成本低廉，原材料來源廣泛，基于上述優(yōu)點，鈣鈦礦太陽能電池被認(rèn)為是非常有前景的下一代太陽能電池，具有很高的研究價值。

鈣鈦礦太陽能電池主要由四部分組成，第一是電子收集層，其主要作用是傳輸電子和收集電子，目前作為電子收集層的主要材料是TiO₂、ZnO等；第二是鈣鈦礦吸光層，主要為CH₃NH₃PbI₃、CH₃NH₃PbI₂Cl、CH₃NH₃PbBr₃等；第三是空穴傳輸層，其中大多應(yīng)用Spiro-MeOTAD這種有機(jī)材料；第四是背電極，傳統(tǒng)的鈣鈦礦太陽能電池主要應(yīng)用貴金屬Au、Ag等。

鈣鈦礦太陽能電池的工作原理為：太陽光照射到鈣鈦礦光敏劑CH₃NH₃PbI₃上，鈣鈦礦受太陽能激發(fā)會產(chǎn)生電子(e^-)-空穴(h⁺)激子對，由于鈣鈦礦的導(dǎo)帶高于TiO₂的導(dǎo)帶，所以e^-擴(kuò)散到n-型半導(dǎo)體界面時被迅速注入其導(dǎo)帶中，然后經(jīng)FTO導(dǎo)入外電路，同樣的，空穴經(jīng)由空穴傳輸材料到達(dá)背電極，并由外電路中的電子還原，從而形成一個閉合回路。

但是若想把鈣鈦礦太陽能電池實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的大規(guī)模生產(chǎn)還存著一定的問題，比如通常以貴金屬Au或Ag作為鈣鈦礦電池的背電極，這些金屬不僅存儲量有限，價格十分昂貴，而且金屬Ag還容易被鈣鈦礦所腐蝕，不利于電池的長期穩(wěn)定性。因此，使用上述金屬作為鈣鈦礦電池的背電極，無疑是增加了電池的成本并破壞了電池的長期穩(wěn)定性。另外采用金屬Au來作為背電極，所采用的方法是高耗能的真空蒸鍍法，這無疑又大大的提高了制作太陽能電池的成本，限制了今后商業(yè)化的大規(guī)模生產(chǎn)。因此開發(fā)廉價的新材料來替代貴金屬Au作為鈣鈦礦太陽能電池的背電極勢在必行。

由于碳材料的功函數(shù)(-5.0eV)和金屬Au的功函數(shù)(-5.1eV)非常接近，所以用廉價豐富的碳材料來取代貴金屬Au作為鈣鈦礦太陽能電池的背電極是降低電池成本的非常有效的途徑之一，然而有機(jī)-無機(jī)雜化鈣鈦礦的結(jié)構(gòu)與性能對溶劑與溫度的改變非常敏感，尤其在高溫條件(>150℃)下，鈣鈦礦很容易分解變質(zhì)，因此直接在有機(jī)-無機(jī)雜化鈣鈦礦光敏劑上制備碳背電極是非常困難的。

本發(fā)明提供一種鈣鈦礦太陽能電池背電極及制備方法，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中的鈣鈦礦太陽能電池背電極，存在的增加了電池的成本并破壞了電池的長期穩(wěn)定性的技術(shù)問題，以及解決現(xiàn)有技術(shù)中制備鈣鈦礦太陽能電池背電極的方法，在制備背電極的過程中所需要的高溫環(huán)境容易使鈣鈦礦吸收層發(fā)生分解變質(zhì)的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容

(一)解決的技術(shù)問題