[發明專利]用于鈣鈦礦太陽能電池的二氧化鈦電子傳輸層的制備方法

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• 申請號: 201911313474.0
• 申請日: 2019-12-18
• 公開（公告）號: CN112993171A
• 公開（公告）日: 2021-06-18
• 發明（設計）人: 門闊;魏峰;梁曉平;連紫薇;朱婧
• 申請（專利權）人: 有研工程技術研究院有限公司
• 主分類號: H01L51/48
• 分類號: H01L51/48;H01L51/46;C01G23/053;C01G23/07
• 代理公司: 北京北新智誠知識產權代理有限公司 11100
• 代理人: 劉秀青

本發明公開了一種用于鈣鈦礦太陽能電池的二氧化鈦電子傳輸層的制備方法，包括以下步驟：(1)以TiO₂為靶材，真空度為1×10^?4Pa，在FTO玻璃片上磁控濺射制備TiO₂致密層，在濺射過程中補氧；(2)將濃度為37％的濃鹽酸、去離子水、純度≥98％的四異丙醇鈦三種液體按比例混合配置反應溶液；(3)將沉積有TiO₂致密層的FTO玻璃片放入水熱反應釜中，將有TiO₂致密層的一面朝下加入反應溶液，在烘箱中保溫；待水熱反應釜自然冷卻后，將FTO玻璃片取出，用酒精和去離子水反復清洗其表面；(4)將FTO玻璃片在管式爐中退火。采用本發明能夠顯著提高鈣鈦礦太陽能電池光電轉換效率。

技術領域

本發明涉及一種用于鈣鈦礦太陽能電池的二氧化鈦電子傳輸層的制備方法，屬于鈣鈦礦太陽能電池制備技術領域。

背景技術

近年來，鈣鈦礦型太陽能電池受到人們的廣泛關注，因為其具有換能效率高，制作簡單、成本低等優點，鈣鈦礦太陽能電池的結構主要包括：透明導電基底、電子傳輸層、鈣鈦礦光敏層、空穴傳輸層和金屬電極，結構如圖(1)所不。

其中，透明導電基底常見的主要有FTO和ITO兩種材料。用于電子傳輸層的材料主要有氧化鈦、氧化鋅和C60。鈣鈦礦層一般為CH3NH3PbI3。空穴傳輸材料最常用的有Spiro-OMeTAD和P3HT。電子傳輸層、鈣鈦礦層和空穴傳輸層是鈣鈦礦太陽能電池結構中重要的組成部分，這些材料的差異會導致太陽能電池效率和穩定性的不同。

二氧化鈦作為一種n型半導體常作為電子輸運層材料，它具有諸多優點，比如：與鈣鈦礦相匹配的能級結構、大的能帶帶隙、在紫外和可見光區域大范圍的光透過率，以及低廉的制備成本。為了提升改善鈣鈦礦層的成膜性能，提升電子空穴對的分離和傳輸的效率，可以將二氧化鈦層制備成介孔結構和致密結構復合的結構，其中介孔結構主要起到增加和鈣鈦礦晶體的接觸面積，增加鈣鈦礦成核位點，提升電子傳輸效率的作用；致密層由于結構致密可以起到阻擋空穴輸運的作用；除了微觀結構，二氧化鈦層的厚度也影響著電子傳輸性能。

發明內容

本發明的目的在于提供一種用于鈣鈦礦太陽能電池的二氧化鈦電子傳輸層的制備方法，該二氧化鈦電子傳輸層包括TiO₂介孔層和TiO₂致密層。本發明旨在通過改進二氧化鈦傳輸層的制備方法來提高TiO₂致密層對空穴傳輸的阻擋，并提高TiO₂介孔層與鈣鈦礦光敏層的接觸面積，從而提高鈣鈦礦太陽能電池光電轉換效率。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種用于鈣鈦礦太陽能電池的二氧化鈦電子傳輸層的制備方法，包括以下步驟：

(1)以TiO₂為靶材，真空度為1×10^-4Pa，在FTO玻璃片上磁控濺射制備TiO₂致密層，在濺射過程中補氧；

(2)將濃度為37％的濃鹽酸、去離子水、純度≥98％的四異丙醇鈦三種液體按比例混合配置反應溶液；

(3)將沉積有TiO₂致密層的FTO玻璃片放入水熱反應釜中，將有TiO₂致密層的一面朝下，加入反應溶液，在烘箱中保溫；待水熱反應釜自然冷卻后，將FTO玻璃片取出，用酒精和去離子水反復清洗其表面，直至去除未反應的溶液；TiO₂致密層朝下而不朝上，是防止溶液中有雜質落到表面而影響后期所生成的薄膜形貌。

(4)將FTO玻璃片在管式爐中退火。