[發(fā)明專(zhuān)利]一種二氧化錫基介孔鈣鈦礦太陽(yáng)能電池及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910861880.4
• 申請(qǐng)日: 2019-09-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110556479B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-12-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周儒;周鈞天;余建國(guó);牛海紅;萬(wàn)磊
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 合肥工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H01L51/42
• 分類(lèi)號(hào): H01L51/42;H01L51/44;H01L51/46;H01L51/48
• 代理公司: 安徽省合肥新安專(zhuān)利代理有限責(zé)任公司 34101
• 代理人: 喬恒婷

本發(fā)明公開(kāi)了一種二氧化錫(SnO₂)基介孔鈣鈦礦太陽(yáng)能電池及其制備方法，器件結(jié)構(gòu)自下而上依次為導(dǎo)電襯底、SnO₂致密層、SnO₂介孔層、TiO₂鈍化層、鈣鈦礦吸收層、空穴傳輸層和金屬電極。本發(fā)明還提供了一種SnO₂基介孔鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的制備方法。本發(fā)明中SnO₂具有比傳統(tǒng)電子傳輸材料TiO₂更高的電子遷移速率且化學(xué)性能穩(wěn)定，有利于電子傳輸及器件穩(wěn)定性提升；TiO₂鈍化層將有效鈍化SnO₂表面缺陷態(tài)，減少電荷復(fù)合，提高器件光電轉(zhuǎn)換性能。本發(fā)明所制備SnO₂基介孔鈣鈦礦太陽(yáng)能電池對(duì)于提高光電轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性、推動(dòng)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程具有重要意義。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種二氧化錫(SnO₂)基介孔鈣鈦礦太陽(yáng)能電池及其制備方法，屬于光伏技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

能源與環(huán)境危機(jī)促使人們探索新型可替代能源。在眾多新能源中，太陽(yáng)能兼具取用不盡、綠色清潔的優(yōu)勢(shì)，成為科研人員關(guān)注的熱點(diǎn)。太陽(yáng)能的利用方式之一就是通過(guò)太陽(yáng)能電池實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。硅基太陽(yáng)能電池是目前市場(chǎng)占有率最高的光伏器件類(lèi)型，其具備較高的光電轉(zhuǎn)換效率和良好的器件穩(wěn)定性。然而，硅基太陽(yáng)能電池在制備過(guò)程中存在較高的能耗污染。因此，相關(guān)研究人員都在積極開(kāi)發(fā)性能優(yōu)異的新型光伏器件。近年來(lái)，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池(Perovskite Solar Cells)異軍突起，成為光伏界當(dāng)之無(wú)愧的明星。自2009年第一塊鈣鈦礦太陽(yáng)能電池研發(fā)成功以來(lái)，其光電轉(zhuǎn)換效率在短短近10年間被提升至24.2％(https://www.nrel.gov/pv/cell-efficiency.html)。鈣鈦礦太陽(yáng)能電池是利用鈣鈦礦型的有機(jī)金屬鹵化物半導(dǎo)體作為吸光材料的太陽(yáng)能電池，屬于第三代新型太陽(yáng)能電池。

然而，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池器件穩(wěn)定性很差，第一塊電池的壽命只有3分鐘，發(fā)展至今，其壽命也僅達(dá)到1000小時(shí)左右，與傳統(tǒng)硅基器件25年的壽命相去甚遠(yuǎn)。目前，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中最為廣泛使用的電子傳輸材料是TiO₂，然而TiO₂具有明顯缺陷：一方面，由于TiO₂較強(qiáng)的光催化活性，TiO₂基的器件在紫外光照射下不穩(wěn)定性，會(huì)破壞鈣鈦礦材料；另一方面，TiO₂的電子遷移速率較低，顯著低于常用的空穴傳輸材料的空穴遷移率，電子遷移速率與空穴遷移速率的不平衡會(huì)導(dǎo)致鈣鈦礦器件嚴(yán)重的遲滯效應(yīng)，大大限制了其產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用(Qi Jiang at al,Nature Photonics,2019,13,460–466；D.Wang at al,Solar EnergyMaterialsSolar Cells,2016,147,255–275)。因此，探索新型電子傳輸材料對(duì)于改善鈣鈦礦太陽(yáng)能電池性能至關(guān)重要，特別是對(duì)于推進(jìn)其產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種二氧化錫基介孔鈣鈦礦太陽(yáng)能電池及其制備方法，通過(guò)旋涂法制備SnO₂致密層和SnO₂介孔層、溶液法制備TiO₂鈍化層，采用一步法制備CH₃NH₃PbI₃鈣鈦礦吸收層，從而構(gòu)筑SnO₂基介孔鈣鈦礦太陽(yáng)能電池。本發(fā)明具有器件穩(wěn)定性良好、成本低、光電轉(zhuǎn)換效率高、工藝簡(jiǎn)單易操作等優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明二氧化錫基介孔鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，其器件結(jié)構(gòu)依次為導(dǎo)電襯底/SnO₂致密層/SnO₂介孔層/TiO₂鈍化層/鈣鈦礦吸收層/空穴傳輸層/金屬電極。其中，SnO₂致密層厚度為30-90nm；SnO₂介孔層厚度為100-300nm；TiO₂鈍化層為厚度介于2-6nm的納米包覆薄層；鈣鈦礦吸收層厚度為300-800nm；空穴傳輸層厚度為100-300nm；金屬電極為60-200nm。