[發明專利]一種晶格匹配的異質結復合薄膜、制備方法及鈣鈦礦太陽能電池

有效

• 申請號: 202010545805.X
• 申請日: 2020-06-15
• 公開（公告）號: CN111653672B
• 公開（公告）日: 2022-07-01
• 發明（設計）人: 曾瑋;伊海波;薛瑞;黃林生;阮莉敏;王思亮;徐超;梁棟
• 申請（專利權）人: 安徽大學
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/44;H01L51/46;H01L51/48
• 代理公司: 合肥國和專利代理事務所(普通合伙) 34131
• 代理人: 孫永剛

本發明公開了一種晶格匹配的異質結復合薄膜、制備方法以及采用該復合薄膜作為電子傳輸層的鈣鈦礦太陽能電池，該復合薄膜含有納米尺度的Bi烯?SnO₂異質結，制備時采用了旋涂及在空氣中退火的工藝。結果表明，以該復合薄膜為電子傳輸層的鈣鈦礦太陽能電池的能量轉換效率為18.12?19.38％，大于以純SnO₂為電子傳輸層的鈣鈦礦太陽能電池。而且以該鈣鈦礦太陽能電池能在35?45％的濕度空氣中，經過800小時，性能仍然能保持初始性能的80％以上，具有更優的穩定性。

技術領域

本發明涉及一種晶格匹配的異質結薄膜材料，包含Bi烯-二氧化錫(Bi烯-SnO₂)導電異質結結構，其可作為電子傳輸層(ETL)，用于鈣鈦礦太陽能電池(PSCs)，屬于太陽能電池領域。

背景技術

PSCs在不到十年的時間里，已將能量轉換效率(PCE)從3.8％提高到25.2％，具有低成本、簡單的制備工藝等誘人的工業潛力。ETL作為PSCs器件的重要功能層，在PSCs器件中起著重要的作用。

SnO₂由于其優異的光電性能、與鈣鈦礦層匹配的能帶以及簡單的低溫退火制備工藝等優點，具有廣闊的應用前景，是一種優秀的電子傳輸材料(ETM)，但仍存在透光率低、電導率低等特點。摻雜是改善ETM的一種簡單有效的方法，在大規模工業應用中具有巨大的潛力。Bi烯作為一種新的二維材料，由于其半導體特性和高載流子遷移率，受到了極大的關注。

現有文獻中，Jun Song等人[Adv.Mater.2018,1803244]提到將銻烯納米片制備PSCs的HTL，將金屬銻(Sb)研磨成Sb粉，然后裝進有100mg mL^-1的濃度仲丁醇的玻璃小瓶中進行混合。隨后，銻粉懸浮液使用帶冰浴的超聲波探頭在600W下超聲處理2小時。然后將得到的懸浮液于10000rpm持續10分鐘制得半導體銻烯納米片懸浮液。將30μL懸浮溶液涂覆在ITO玻璃上以3000rpm的速度處理30s，然后在100℃下退火2分鐘,得到銻烯納米片的空穴傳輸層(HTL)。然而，其制備的HTL沒有相關的異質結形成。

現有文獻中，Xiao-Feng Wang等人[J,Mater,Chem,A,2019,7,5635-5642]提到將Ti₃C₂加到SnO₂膠體液中制備PSCs的ETL，其將SnO₂水膠體稀釋至3wt％的濃度。然后將碳化鈦(Ti₃C₂)分散液混合加入SnO₂水膠體中，使用前將混合溶液攪拌5分鐘。將70μL混合溶液涂覆在ITO玻璃上，然后以3000rpm的轉速旋轉30s，在空氣中，在150℃熱臺上退火30min制備得到了Ti₃C₂/SnO₂ ETL。然而，其制備的ETL，在進行穩定性測試時，僅在濕度為20％的條件下，并未在更大濕度范圍下進行，在更大濕度環境下的穩定性并未可知。

發明內容

基于上述現有技術中的問題，本發明提供了一種納米尺度的Bi烯-SnO₂異質結復合薄膜，并將其用于PSCs的ETL，所獲得PSCs的PCE較高且在較大范圍濕度環境中仍具有較高的穩定性，降低了濕度環境變化對PSCs的PCE的較大影響，使得PSCs的應用范圍更廣，增強了PSCs耐用實用性。

本發明基于Bi烯的特殊的六邊晶格和崎嶇不平的單晶體結構，將Bi烯和SnO₂結合形成SnO₂-Bi烯異質結，這些與已有文獻不同。并且，以Bi烯-SnO₂薄膜為ETL的PSCs可達到最高19.38％的PCE，其性能提升是由于Bi烯-SnO₂形成的晶格匹配的異質結結構，使得在35％-45％的濕度環境下，其性能仍能保持高穩定性。