[發明專利]一種具有摻雜梯度的鈣鈦礦光伏電池吸收層及制備方法

在審

• 申請號: 202010419706.7
• 申請日: 2020-05-18
• 公開（公告）號: CN111599924A
• 公開（公告）日: 2020-08-28
• 發明（設計）人: 陳慶;廖健淞;楊潔;陳濤;司文彬
• 申請（專利權）人: 成都新柯力化工科技有限公司
• 主分類號: H01L51/48
• 分類號: H01L51/48;H01L51/42
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及鈣鈦礦太陽能電池領域，特別是涉及一種具有摻雜梯度的鈣鈦礦光伏電池吸收層的制備方法，包括：在電子傳輸層上預涂摻雜層；甲胺碘形成溶液A；碘化錫形成溶液B；氮化硼形成分散液C；溶液A和溶液B沉積形成N型層；溶液A、溶液B和分散液C沉積形成本征層；溶液A和溶液B沉積形成P型層，沉積的同時向溶液A中滴加甲胺溴溶液、溶液B中滴加硝酸鉍溶液，退火處理，即得。本發明解決現有技術中大面積鈣鈦礦太陽能電池載流子傳輸性能不佳的問題，通過一步沉積法制備具有摻雜梯度的鈣鈦礦光伏電池吸收層，形成的同質PN結構使鈣鈦礦吸收層的兩個表面能帶彎曲，從而與載流子傳輸層材料的能帶重疊率更高，降低載流子傳輸勢壘，有效提高載流子的傳輸性能。

技術領域

本發明涉及鈣鈦礦太陽能電池技術領域，特別是涉及一種具有摻雜梯度的鈣鈦礦光伏電池吸收層及制備方法。

背景技術

鈣鈦礦太陽電池通常是由透明導電玻璃、致密層、鈣鈦礦吸收層、有機空穴傳輸層、金屬背電極五部分組成，其中鈣鈦礦吸收層有兩種結構，分別是有骨架層的鈣鈦礦吸收層。致密層、鈣鈦礦吸收層、有機空穴傳輸層的材料組成、微結構、性質對太陽電池的光伏性能和長期穩定性影響顯著。

鈣鈦礦太陽電池的工作原理為：鹵鉛銨鈣鈦礦化合物AMX3在光照下吸收光子，其價帶電子躍遷到導帶，接著將導帶電子注入到TiO₂的導帶，再傳輸到FTO，同時，空穴傳輸至有機空穴傳輸層，從而電子-空穴對發生分離，當接通外電路時，電子與空穴的移動將會產生電流。其中，致密層的主要作用是收集來自鈣鈦礦吸收層注入的電子，從而導致鈣鈦礦吸收層電子-空穴對的電荷分離；鈣鈦礦吸收層的主要作用是吸收太陽光產生的電子-空穴對，并能高效傳輸電子-空穴對、電子、空穴至相應的致密層和有機空穴傳輸層；有機空穴傳輸層的主要作用是收集與傳輸來自鈣鈦礦吸收層注入的空穴，并與n型致密層一起共同促進鈣鈦礦吸收層電子-空穴對的電荷分離。

目前鈣鈦礦吸收層的制備工藝主要有液相沉積法、真空蒸鍍法、氣相輔助液相法、絲網印刷等方法，其中溶液液相沉積法對設備要求低，工藝最為成熟。液相沉積法一般分為一步法和兩步法。兩步沉積法被認為簡易高效、重復性好的的制備方法。

有機-無機雜化鈣鈦礦太陽能電池自2009年第一次使用以來，經過不斷的研究和探索，近幾年取得了飛躍式發展，最明顯的是其光電轉換效率（PCE）幾年內快速增長，從不足5%迅速增長超過20%，而且在未來的兩三年內單層穩定效率很有可能會很快超越現有多晶硅的25%。然而在cm2級大面積的鈣鈦礦太陽能電池中，其光電轉換效率普遍較差。這是由于在大尺寸器件中，鈣鈦礦層難以形成均勻致密的晶型結構，內部和界面的大量缺陷導致載流子的傳輸和躍遷勢壘提高，難以有效躍遷至載流子傳輸層，而產生的光生載流子在吸收層內自發復合導致發熱，加劇了吸收層的降解。

由此可見，進一步提高太陽光譜的方法是梯度帶隙太陽能電池，通過擴大光譜的吸收范圍促進載流子的產生，然而復雜的離子混合導致其制備過程十分繁瑣，同時其傳輸效率并未得到顯著提高。因此，研制一種針對現有大面積鈣鈦礦太陽能電池性能提升的鈣鈦礦吸收層具有十分重要的實際意義。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種具有摻雜梯度的鈣鈦礦光伏電池吸收層的制備方法，用于解決現有技術中大面積鈣鈦礦太陽能電池載流子傳輸性能不佳的問題，同時，本發明還將提供一種具有摻雜梯度的鈣鈦礦光伏電池吸收層；此外，本發明還將提供一種鈣鈦礦太陽能電池片。本發明通過一步沉積法制備具有摻雜梯度的鈣鈦礦光伏電池吸收層，通過形成同質PN結構使鈣鈦礦吸收層的兩個表面能帶彎曲，從而與載流子傳輸層材料的能帶重疊率更高，降低載流子傳輸勢壘，從而有效提高載流子的傳輸性能。

為實現上述目的及其他相關目的，

本發明的第一方面，提供一種具有摻雜梯度的鈣鈦礦光伏電池吸收層的制備方法，包括如下步驟：