[發明專利]一種氟和銣摻雜鈣鈦礦太陽能電池及制備方法

在審

• 申請號: 201910559719.1
• 申請日: 2019-06-26
• 公開（公告）號: CN110416416A
• 公開（公告）日: 2019-11-05
• 發明（設計）人: 耿顯葳;趙春;趙策洲;楊莉;尹力
• 申請（專利權）人: 西交利物浦大學
• 主分類號: H01L51/46
• 分類號: H01L51/46;H01L51/48
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 范晴;吳音

本發明公開了一種氟和銣摻雜鈣鈦礦太陽能電池及制備方法，自下而上包括基片、導電層、TiO₂致密層、TiO₂介孔層、氟和銣摻雜鈣鈦礦吸光層、空穴傳輸層和對電極；所述氟和銣摻雜鈣鈦礦吸光層材料為Cs_1?xRb_xPbBrI_2?yF_y，x為0?0.05，y為0?0.3，厚度為300?500nm；制備方法包括：A、導電層的制備；B、TiO₂致密層和TiO₂介孔層的制備；C、氟和銣摻雜鈣鈦礦吸光層的制備；D、空穴傳輸層的制備；E、對電極的制備。本案有利于提升吸光層的光譜吸收性能和電池的整體效率；電池性能衰減速度大幅度降低；有利于激子的解離和電荷的傳輸，并且在后期電池衰減中相對穩定；無封裝情況下，可以在較高水氧含量中使用，其本征穩定性很好。

技術領域

本發明涉及一種太陽能電池領域，具體是一種氟和銣摻雜鈣鈦礦太陽能電池及制備方法。

背景技術

科學界對鈣鈦礦太陽能電池的集中研究已有十年之久，此類太陽能電池不斷得到改進逐漸替代硅太陽能電池。然而，以CH₃NH₃PbI3為基本結構的有機鈣鈦礦太陽能電池的效率不高，并且穩定性較差，因此此類太陽能電池的改進空間依然巨大。最近幾年，人們展開了對基于用Cs+替換CH₃NH₃+的CsPbI₂Br無機鈣鈦礦太陽能電池體系的研究。這種太陽能電池相對有機體系，穩定性大大增加。因而很有利于推動太陽能電池商業化應用的進程，充分利用太陽能這種清潔能源，實現對自然環境的有效保護。

雖然無機鈣鈦礦太陽能電池的穩定性相對較好，但在不對電池進行封裝，有氧氣和水分的情況下，效率衰減還是較快，離商業化應用還有一段距離。通過對鈣鈦礦層元素的摻雜，來進一步提升電池的穩定性，依然是研究者們的議題。

在鈣鈦礦ABX₃結構中，X鹵素為Cl、Br、I已經被應用的較多，A陽離子在無機體系中主要為Cs。無機鈣鈦礦太陽能電池的最大問題是，相對有機體系，光電轉化效率較低；并且，無封裝情況下，穩定性可以進一步提升。因此需要在A和X中，尋找合適的元素進行一定比例的摻雜，解決上述問題。

發明內容

本發明目的是：本發明針對現有技術存在的上述不足，提出了一種綜合性能優異，性能穩定的氟和銣摻雜鈣鈦礦太陽能電池及制備方法。

本發明的技術方案是：一種氟和銣摻雜鈣鈦礦太陽能電池，自下而上包括基片、導電層、TiO₂致密層、TiO₂介孔層、氟和銣摻雜鈣鈦礦吸光層、空穴傳輸層和對電極；所述氟和銣摻雜鈣鈦礦吸光層材料為Cs_1-xRb_xPbBrI_2-yF_y，x為0-0.05，y為0-0.3，厚度為300-500nm。

優選的，所述TiO₂介孔層設置于TiO₂致密層上方；TiO₂致密層厚度為25-50nm，TiO₂介孔層厚度為200-300nm。

優選的，所述空穴傳輸層為2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴的空穴傳輸層；空穴傳輸層厚度為100-250nm。

優選的，所述導電層為摻雜氟的SnO₂導電玻璃層，稱為FTO導電層。

優選的，所述對電極為Ag材質頂電極，厚度為50-100nm。

一種氟和銣摻雜鈣鈦礦太陽能電池的制備方法，具體制備步驟包括：

A.導電層的制備：

基片為透明玻璃；在基片上通過激光蝕刻形成導電層；