[發明專利]基于前氧化復合空穴傳輸層的鈣鈦礦太陽能電池及制備方法

在審

• 申請號: 201910560205.8
• 申請日: 2019-06-26
• 公開（公告）號: CN110265552A
• 公開（公告）日: 2019-09-20
• 發明（設計）人: 馬柱;黃德軍;肖政;周薇亞;張華;張富
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: H01L51/48
• 分類號: H01L51/48;H01L51/42
• 代理公司: 北京中索知識產權代理有限公司 11640
• 代理人: 房立普

本發明公開一種基于前氧化復合空穴傳輸層的鈣鈦礦太陽能電池及制備方法，本發明依次在透明導電基板上制備電子傳輸層、鈣鈦礦吸光層、復合空穴傳輸層、頂電極；制備所述復合空穴傳輸層的具體過程為：通過通氧氧化的Spiro?OMeTAD溶液和無需氧化的有機空穴傳輸材料溶液混合制備成前驅液，再將前驅液在鈣鈦礦吸光層上制備復合空穴傳輸層。本發明的復合空穴傳輸層通過溶液前氧化過程，可以有效代替空穴傳輸層薄膜后氧化過程，并抑制鈣鈦礦吸光層薄膜降解的問題，復合空穴傳輸層可以進一步提升空穴傳輸能力、鈍化晶界和調控能帶，進而提高鈣鈦礦太陽能電池的性能，解決當下空穴傳輸的瓶頸。

技術領域

本發明涉及基于前氧化復合空穴傳輸層的鈣鈦礦太陽能電池及制備方法，屬于太陽能電池技術領域。

背景技術

近年來，環境污染已經嚴重威脅到了社會與經濟的發展和每個人的生存。在全球性化石能源日益耗盡、環境污染不斷加重的今天，太陽能成為石油、煤、天然氣等不可再生能源的理想補充和替代能源。隨著光伏產業的迅猛發展，太陽能電池轉換效率不斷提高，成本不斷降低，使得光伏發電的前景更為光明和寬闊。在各種可再生能源中，太陽能是取之不盡用之不竭的能源，且清潔無任何污染，成為最具開發潛力的新能源之一。

目前在太陽能實際應用中，硅太陽能電池占據了很大的市場，它具有成熟的工藝和較高的光電轉換效率。但是，硅太陽能電池由于其制造成本過高、電池片易碎等缺點，因此限制了硅太陽能電池的廣泛應用。當下，商用太陽能電池占主導地位的硅太陽能電池仍然不能滿足低成本的要求。從2009年以來，鈣鈦礦太陽能電池飛速發展，在短短幾年間，電池光電轉換效率(PCE)從3.8％飛速提升至目前的24.2％。鈣鈦礦材料具有雙向電荷載流子輸運特性、高吸收系數，低激子結合能，長的載流子擴散長度和可調的直接帶隙，因此使其成為最具市場潛力的新型太陽能電池。

鈣鈦礦太陽能電池由透明導電電極、電子傳輸層、鈣鈦礦結構吸光層、空穴傳輸層和正電極組成。其中空穴材料又是鈣鈦礦太陽能電池的關鍵，傳統的空穴材料例如Spiro-OMeTAD，它們的制備成本很高，而且不穩定。因此要盡快找到一種能解決當下問題的方法，目前許多科研團隊都在找尋代替Spiro-OMeTAD的材料或者增加它的穩定性。Spiro-OMeTAD在其沒有經過摻雜處理時，空穴遷移率很低，導電性能很差。因此，為了提高空穴的遷移率和導電性，必須在Spiro-OMeTAD中摻入p型摻雜劑，如雙三氟甲基磺酸亞酰胺鋰(Li-TFSI)和4-叔丁基吡啶(TBP)，使得處理過程復雜且成本高昂。并且Spiro-OMeTAD中使用的摻雜劑對鈣鈦礦薄膜具有腐蝕性，而Spiro-OMeTAD的加工需要在大氣環境中進行自旋涂層，這使得對水分敏感的鈣鈦礦薄膜暴露在較高的濕度下，導致鈣鈦礦結構降解。(EmanA.Gaml,Ashish Dubey,Khan Mamun Reza,et al.Solar EnergyMaterials and Solar Cells,2017,168,8-13)。

目前薄膜后氧化過程避免不了鈣鈦礦層與空氣中水分直接接觸，并且制成薄膜后，在大氣環境下的氧化時間比在純氧的環境氧化時間長，因此對鈣鈦礦結構影響是巨大的。

發明內容

本發明主要是克服現有技術中的不足之處，提出一種前氧化復合空穴傳輸層的鈣鈦礦太陽能電池及制備方法，可以提高載流子傳輸特性，提高空穴的穩定性，進而可以進一步提高鈣鈦礦太陽能電池的效率，間接降低電池的成本。

本發明解決上述技術問題所提供的技術方案是：基于前氧化復合空穴傳輸層的鈣鈦礦太陽能電池制備方法，包括依次在透明導電基板上制備電子傳輸層、鈣鈦礦吸光層、復合空穴傳輸層、頂電極；

制備所述復合空穴傳輸層的具體過程為：通過通氧氧化的Spiro-OMeTAD溶液和無需氧化的有機空穴傳輸材料溶液混合制備成前驅液，再將前驅液采取滴涂、旋涂、噴涂、自組裝、噴墨打印、絲網印刷、輥涂方法中的任意一種或者多種方式在鈣鈦礦吸光層上制備復合空穴傳輸層。