[發明專利]一種新型碳基可印刷介觀鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法

有效

• 申請號: 202010567958.4
• 申請日: 2020-06-19
• 公開（公告）號: CN111816771B
• 公開（公告）日: 2023-08-08
• 發明（設計）人: 張堅;康景榮
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: H10K30/15
• 分類號: H10K30/15;H10K30/81;H10K30/50;H10K71/00
• 代理公司: 廣州科粵專利商標代理有限公司 44001
• 代理人: 方燕;莫瑤江

本發明公開了一種新型碳基可印刷介觀鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法。一種新型碳基可印刷介觀鈣鈦礦太陽能電池，該太陽能電池設置在襯底上，在所述的襯底上依次設置有陰極層、電子傳輸層、介孔層、阻隔層和陽極層，鈣鈦礦薄膜填充于所述的介孔層、阻隔層與陽極層中，所述的電子傳輸層中摻雜有金屬元素。本發明通過在電子傳輸層前驅體溶液中引入金屬元素，提高薄膜光透過率，填補薄膜缺陷，改善能帶結構，從而提高鈣鈦礦太陽能電池的器件性能，解決了電子傳輸層/鈣鈦礦界面的電子傳輸受限、載流子復合進而導致太陽能電池器件性能降低的問題，解決了碳基可印刷介觀鈣鈦礦太陽能電池工藝重復性差、效率低的缺點。

技術領域：

本發明涉及鈣鈦礦太陽能電池技術領域，具體涉及一種新型碳基可印刷介觀鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法。

背景技術：

隨著經濟的逐步發展和人類文明的不斷前進，能源的需求量也越來越大。但是，現在工業生產中所用的能源大多為不可再生的一次能源。這就導致了嚴重的能源危機與環境問題。因此，開發一種清潔便利、無污染的可再生能源已經成為當今社會迫在眉睫的任務。在眾多的可再生能源中太陽能以其資源豐富，無地域影響，能源清潔，對解決世界范圍內能源危機與環境污染具有重要意義。因此，太陽能電池成為科學界重點的研究方向。盡管我國對于太陽能電池的研究起步較晚，但政策的重視加上科學家們不懈的努力，現在國內的太陽能電池技術發展很快，其應用領域也越來越廣。然而目前市場上大部分的太陽能電池是硅基太陽能電池，其相對高昂的成本以及復雜的制備工藝限制了其進一步發展。相較于硅太陽能電池，碳基可印刷介觀鈣鈦礦太陽能電池具有結構簡單、材料易得、成本低廉、可大面積制備等一系列優點。

碳基可印刷介觀鈣鈦礦太陽能電池結構中，通常鈣鈦礦材料與電極之間的能級不匹配，導致活性層與電極之間存在接觸勢壘，這將嚴重影響器件性能。通過在電極和活性層之間引入中間層可以使接觸勢壘降低，提高載流子的傳輸和收集效率并抑制電子和空穴的復合，進而提高器件的性能。目前，各種寬帶隙半導體材料，如氧化鋅，二氧化錫和二氧化鈦等由于具有良好的透明度、空氣穩定性、低成本和無毒性等已經被引入到電子傳輸層中，以期提高器件的整體光伏性能。然而，較低的電子遷移率和較差的導電性等限制了器件性能的進一步提高。

發明內容：

本發明旨在針對現有技術存在的問題，提供一種新型碳基可印刷介觀鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法，本發明通過在電子傳輸層前驅體溶液中引入金屬元素，提高薄膜光透過率，填補薄膜缺陷，改善能帶結構，從而提高鈣鈦礦太陽能電池的器件性能，解決了電子傳輸層/鈣鈦礦界面的電子傳輸受限、載流子復合進而導致太陽能電池器件性能降低的問題，解決了碳基可印刷介觀鈣鈦礦太陽能電池工藝重復性差、效率低的缺點。

本發明提供了一種新型碳基可印刷介觀鈣鈦礦太陽能電池，該太陽能電池設置在襯底上，在所述的襯底上依次設置有陰極層、電子傳輸層、介孔層、阻隔層和陽極層，鈣鈦礦薄膜填充于所述的介孔層、阻隔層與陽極層中，所述的電子傳輸層中摻雜有金屬元素。

優選地，所述的金屬元素的摻雜方式為將含有金屬元素的硝酸鹽加入到電子傳輸層的前驅體溶液中，所述的電子傳輸層的前驅體溶液中金屬元素與含有金屬元素的硝酸鹽中金屬元素的摩爾比為10～100：1。進一步優選，所述的電子傳輸層的前驅體溶液中金屬元素與含有金屬元素的硝酸鹽中金屬元素的摩爾比為20～90：1。

優選地，所述的電子傳輸層中摻雜有金屬元素，所述的金屬元素選自堿金屬元素、堿土金屬元素、鑭系金屬元素、錒系金屬元素、過渡金屬元素和兩性金屬元素中的一種以上的金屬元素。

所述的金屬元素選自鋰、鈉、鉀、銣、銫、鈁、鈹、鎂、鈣、鍶、鋇、鐳、鋁、銦、鎵、錫、鉈、鉛、鉍、鈦、鑭、鈰、鐠、釹、钷、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、镥、錒、釷、鏷、鈾、镎、钚、镅、鋦、锫、锎、锿、鐨、鍆、锘、鐒、鈧、釩、鉻、錳、鐵、鈷、鎳、銅、鋅、釔、鋯、鈮、鉬、锝、釕、銠、鈀、銀、鎘、鉿、鉭、鎢、錸、鋨、銥、鉑和金中的一種以上。摻雜的金屬元素如果為兩種以上，優選各個元素的摩爾比相同。