[發明專利]一種全無機P/N異質結硒化銻/鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法

有效

• 申請號: 202010053001.8
• 申請日: 2020-01-17
• 公開（公告）號: CN111244220B
• 公開（公告）日: 2021-10-29
• 發明（設計）人: 尹龍衛;付琳
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: H01L31/072
• 分類號: H01L31/072;H01L31/0216;H01L31/18
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 韓獻龍

本發明提供一種全無機P/N異質結硒化銻/鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法，該太陽能電池包括從下至上依次排列的FTO導電玻璃基底、二氧化鈦(TiO₂)層、無機CsPbBrI₂鈣鈦礦層、硒化處理的Sb₂Se₃層以及金屬對電極層。本發明對Sb₂Se₃進行硒化處理制備硒化處理的Sb₂Se₃層，將無機CsPbBrI₂鈣鈦礦層和硒化處理的Sb₂Se₃層復合為異質結，制備得到全無機P/N異質結硒化銻/鈣鈦礦太陽能電池。本發明所制備的太陽能電池的光電轉換效率得到較大改善，并且具有良好的長期工作穩定性。

技術領域

本發明涉及一種全無機P/N異質結硒化銻/鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法，屬于材料合成和光電轉換技術領域。

背景技術

近年來，無機鉛鹵鈣鈦礦材料因其吸光系數大、能帶結構可調、制備方法簡單、長載流子壽命以及高耐熱穩定性等優點，成為光伏領域的研究熱點之一。然而，目前無機鈣鈦礦太陽能電池的器件壽命并不能達到實際應用的要求(20年)，主要原因在于傳統載流子傳輸層即空穴傳輸層多為親水的有機物，如目前應用最為廣泛的2,2',7,7’-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9’-螺二芴，其親水性會導致無機鈣鈦礦層的退化，從而使器件壽命大大縮短。為解決正式結構的鈣鈦礦太陽能電池中空穴傳輸層引起的性能穩定性差的問題，尋找能夠有效提取和傳輸空穴的純無機空穴傳輸層材料勢在必行。

硒化銻(Sb₂Se₃)是一種廉價易得的無機化合物，其帶隙約為1.2eV；Sb₂Se₃的微觀結構為沒有懸掛鍵的納米帶，也就自發的減少了載流子復合中心，其作為薄膜太陽能電池的光吸收層材料已有所報道。如，中國專利文獻CN107871821A公開了一種以硒化銻作為導電材料的鈣鈦礦薄膜太陽能電池及其制備方法，所述太陽能電池的結構從下至上依次為：透明導電襯底、n型摻鋁氧化鋅薄膜、鈣鈦礦活性層、p型硒化銻薄膜、金屬電極。該發明摻鋁氧化鋅以及硒化銻薄膜能夠阻止鈣鈦礦活性層的退化，提高鈣鈦礦薄膜太陽能電池的穩定性并延長其使用壽命，但該發明中所使用的鈣鈦礦為有機-無機雜化材料，存在易揮發、熱穩定性差等問題，且其使用的硒化銻薄膜未進行任何優化處理，一方面本征p型較弱，另一方面表面空位缺陷可能成為載流子復合中心，導致器件性能較差。

發明內容

針對現有技術存在的不足，本發明提供一種全無機P/N異質結硒化銻/鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法。本發明以傳統的鈣鈦礦太陽能電池的正式平板結構(FTO導電玻璃/致密TiO₂層/鈣鈦礦層/有機空穴傳輸層/銀對電極)為基礎，利用Sb₂Se₃替換有機空穴傳輸層，將Sb₂Se₃進行硒化處理，并將無機鈣鈦礦CsPbBrI₂與硒化處理的Sb₂Se₃復合為異質結，制備結構為FTO導電玻璃/致密TiO₂層/CsPbBrI₂/硒化處理的Sb₂Se₃/銀對電極的太陽能電池。本發明所制備的太陽能電池的光電轉換效率得到較大改善，并且具有良好的長期工作穩定性。

一種全無機P/N異質結硒化銻/鈣鈦礦太陽能電池，包括從下至上依次排列的FTO導電玻璃基底、二氧化鈦(TiO₂)層、無機CsPbBrI₂鈣鈦礦層、硒化處理的Sb₂Se₃層以及金屬對電極層。

根據本發明，FTO導電玻璃為氟摻雜氧化錫導電玻璃；優選的，所述FTO導電玻璃基底的厚度為140-160nm。

根據本發明優選的，所述二氧化鈦層的厚度為20-30nm。