[發明專利]一種調控鈣鈦礦層晶體生長的方法及其在太陽能電池中的應用

在審

• 申請號: 201910309877.1
• 申請日: 2019-04-17
• 公開（公告）號: CN110112301A
• 公開（公告）日: 2019-08-09
• 發明（設計）人: 張永文;譚婉怡;閔永剛
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: H01L51/48
• 分類號: H01L51/48;H01L51/42
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 林麗明

本發明公開了一種調控鈣鈦礦層晶體生長的方法，在陽極界面層表面制備修飾層，然后在修飾層表面制備鈣鈦礦層；所述修飾層為2,2'?聯吡啶、4,4'?聯吡啶、1,10?菲羅啉、乙二胺四乙酸中的一種或多種。本發明易與引入添加劑、混合溶劑體系、使用反溶劑等方法結合，能夠更為有效的獲得均一性、高覆蓋率的薄膜以及大的晶體尺寸，有助于進一步提高倒置鈣鈦礦太陽能電池效率，對于推進鈣鈦礦太陽能電池的商業化進程具有重要意義。

技術領域

本發明涉及鈣鈦礦太陽能電池技術領域，更具體地，涉及一種調控鈣鈦礦層晶體生長的方法及其在太陽能電池中的應用。

背景技術

基于有機-無機雜化鈣鈦礦活性材料的太陽能電池具有的化學通式為AMX3，A代表Cs，CH₃NH₃(MA)或者HC(NH₂)₂(FA)，M代表Pb或者Sn，X代表鹵素Cl，Br，I。傳統質子型有機-無機鈣鈦礦MAPbI3具有四方結構和1.4eV～1.6eV的能帶寬度，其中通過元素取代MA，Pb，或者I位置的元素能夠合成一類的鈣鈦礦結構。由于有機-無機雜化鈣鈦礦太陽電池具有吸收強、遷移率高、載流子壽命長和可低成本溶液加工等潛在優勢，成為太陽能利用領域新的重要研究方向。目前，其實驗室小面積器件的能量轉換效率已從2009年報道的3.8％(J.Am.Chem.Soc.,2009,131,6050–6051)提高至22.1％(NREL,Best Research-CellEfficiencies,http://www.nrel.gov,accessed:November 2016)，模塊器件的能量轉換效率可達8.7％(Energy Environ.Sci.2014,7,2642)，成為最有潛力的太陽電池技術。調控鈣鈦礦層的形貌，如均一性、高覆蓋率和大的晶體尺寸，是獲得高效率太陽能電池的關鍵。較為常用的調控方法包括引入添加劑、混合溶劑體系、使用反溶劑等。然而，目前這些方法對于改善鈣鈦礦形貌的效果有限，發展新的鈣鈦礦層晶體生長策略，并同時結合上述方法將有助于進一步提高太陽能電池效率。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的上述不足，提供一種調控鈣鈦礦層晶體生長的方法。通過改善鈣鈦礦的成核過程，從而有效的控制鈣鈦礦晶體生長，再結合現有的調控方法，如混合溶劑體系、使用反溶劑等方法，有效的提高倒置鈣鈦礦太陽能電池效率。

本發明的第二個目的是提供所述方法在制備太陽能電池中的應用。

本發明的第三個目的是提供一種鈣鈦礦太陽能電池器件。

本發明的第四個目的是提供所述鈣鈦礦太陽能電池器件的制備方法。

本發明的上述目的是通過以下技術方案給予實現的：

一種調控鈣鈦礦層晶體生長的方法，是在陽極界面層表面制備修飾層，然后在修飾層表面制備鈣鈦礦層；所述修飾層為2,2'-聯吡啶、4,4'-聯吡啶、1,10-菲羅啉、乙二胺四乙酸中的一種或多種。

本發明研究發現，在陽極界面層表面修飾一層2,2'-聯吡啶、4,4'-聯吡啶、1,10-菲羅啉或乙二胺四乙酸中的一種或多種后，再在修飾層上制備鈣鈦礦層，修飾后的鈣鈦礦薄膜形貌明顯優于NiOx層未修飾的鈣鈦礦薄膜，引入上述的修飾層后，可調控鈣鈦礦的成膜性，使得鈣鈦礦的晶體形貌變好，電化學性能得到提高。

具體地，是在保護性氣氛下，將修飾層溶液旋涂在陽極界面層上，制得修飾層；再在修飾層上旋涂鈣鈦礦溶液，制得鈣鈦礦層。

優選地，所述鈣鈦礦層的鈣鈦礦結構為ABX3，其特征在于，A為Pb、Sn中的任一種或兩種，B為MA、FA、Cs中的任一種或兩種，X為Cl_pBr_qI_3-p-q，p、q的取值范圍為0～3。