[發(fā)明專利]鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010691446.9
• 申請日: 2020-07-17
• 公開（公告）號: CN111769197B
• 公開（公告）日: 2022-10-21
• 發(fā)明（設計）人: 段羽;王錦濤;崔義乾;陳琛;王振宇
• 申請（專利權(quán)）人: 吉林大學
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/46;H01L51/48
• 代理公司: 長春中科長光知識產(chǎn)權(quán)代理事務所(普通合伙) 22218
• 代理人: 高一明;郭婷

本發(fā)明提供一種鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法，其中的方法包括：S1、配制復合電荷傳輸層溶液，旋涂在襯底上，干燥后形成復合電荷傳輸層；S2、配制鈣鈦礦前驅(qū)體溶液，旋涂在復合電荷傳輸層上，在復合電荷傳輸層的作用下干燥后形成梯度帶隙的鈣鈦礦功能層；S3、配制第二電荷傳輸層溶液，旋涂在鈣鈦礦功能層上，干燥后形成第二電荷傳輸層；S4、將第二電荷傳輸層放置在掩膜版上，送入蒸鍍倉內(nèi)進行電極蒸鍍形成背電極。由于修飾材料的離子會擴散到鈣鈦礦功能層中進入鈣鈦礦晶格并參與結(jié)晶進程，形成了梯度摻雜，進而得到了梯度帶隙的鈣鈦礦功能層，增加了鈣鈦礦太陽能電池對光譜的有效利用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鈣鈦礦太陽能電池技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種具體梯度帶隙的鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法。

背景技術(shù)

尋找新興能源來解決由于傳統(tǒng)化石燃料使用而引起的能源危機和生態(tài)破壞迫在眉睫。作為新興的第三代太陽能電池，鈣鈦礦太陽能電池由于制備工藝簡單，能量轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)異的特性，成為取代傳統(tǒng)硅基太陽能電池的有力競爭者之一。雖然鈣鈦礦太陽能電池的效率已經(jīng)超過25％，但是其穩(wěn)定性較差，開路電壓低，掃描具有滯后效應，對光譜利用不完全等問題嚴重限制了商業(yè)化應用。

電荷傳輸層在鈣鈦礦太陽能電池中具有非常重要的作用，然而，由于常用的金屬氧化物電荷傳輸層與鈣鈦礦功能層之間的接觸不良會影響光生載流子的傳輸。同時，由于金屬氧化物電荷傳輸層與鈣鈦礦功能層的晶格常數(shù)相差過大，接觸面的晶格失配也會造成大量缺陷，更加劇了界面復合，對鈣鈦礦太陽能電池器件的穩(wěn)定性造成不利影響。

為了解決鈣鈦礦太陽能電池器件的穩(wěn)定性問題，通過堿金屬鹵化物或堿金屬氫氧化物修飾金屬氧化物電荷傳輸層的方法得到了廣泛的應用，提升的效率和穩(wěn)定性揭示了修飾金屬氧化物電荷傳輸層的重要性。

鈣鈦礦材料的帶隙決定著開路電壓及其吸收光譜，然而，常規(guī)的單一帶隙的鈣鈦礦功能層難以保證對太陽光的有效吸收和利用，這也同時限制了鈣鈦礦太陽能電池的開路電壓的提升。

將鈣鈦礦太陽能電池與不同帶隙的太陽能電池進行級聯(lián)是提升光譜吸收和開路電壓的一個常用的手段。然而，級聯(lián)太陽能制備工藝復雜，級聯(lián)的太陽能電池上每個功能層之間的接觸不良會帶來不可避免地缺陷，同時還會出現(xiàn)晶格失配的問題，這更加大了每個功能層之間地載流子復合，使整個器件的性能達不到預期的目標，同時也會對整個器件的穩(wěn)定性造成不良影響。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提供一種鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法，通過修飾金屬氧化物電子傳輸層或金屬氧化物空穴傳輸層，減少金屬氧化物電子傳輸層或金屬氧化物空穴傳輸層與鈣鈦礦功能層接觸面出的晶格失配，顯著減少缺陷態(tài)密度，降低接觸面的載流子復合，以及通過修飾層在鈣鈦礦功能層中引入梯度帶隙，提升鈣鈦礦太陽能電池對光譜的吸收，減少接觸面和鈣鈦礦功能層的缺陷態(tài)密度，進而提升效率和穩(wěn)定性。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下具體技術(shù)方案：

本發(fā)明提供一種鈣鈦礦太陽能電池，包括從下至上依次制備的襯底、鈣鈦礦功能層、第二電荷傳輸層和背電極，還包括制備于襯底與鈣鈦礦功能層之間的用于使鈣鈦礦功能層形成梯度帶隙的復合電荷傳輸層。

優(yōu)選地，復合電荷傳輸層為一層或兩層；其中，在復合電荷傳輸層為一層時，由修飾材料與金屬氧化物混合制備形成金屬氧化物電荷傳輸層或金屬氧化物空穴傳輸層；在復合電荷傳輸層為兩層時，分別為第一電荷傳輸層和制備于第一電荷傳輸層上與鈣鈦礦功能層接觸且由修飾材料構(gòu)成的修飾層；以及，在復合電荷傳輸層與第一電荷傳輸層為金屬氧化物電荷傳輸層時，第二電荷傳輸層為空穴傳輸層；在復合電荷傳輸層與第一電荷傳輸層為金屬氧化物空穴傳輸層時，第二電荷傳輸層為電子傳輸層。

優(yōu)選地，修飾層為氟化物。

優(yōu)選地，氟化物為氟化銫或氟化銣。