[發明專利]一種高光電轉換率的二維鈣鈦礦太陽能電池及制備方法

在審

• 申請號: 202010719362.1
• 申請日: 2020-07-23
• 公開（公告）號: CN111933808A
• 公開（公告）日: 2020-11-13
• 發明（設計）人: 刁心峰
• 申請（專利權）人: 貴州師范學院
• 主分類號: H01L51/48
• 分類號: H01L51/48;H01L51/46;H01L51/42
• 代理公司: 北京國坤專利代理事務所(普通合伙) 11491
• 代理人: 趙紅霞

本發明屬于電池制備技術領域，公開了一種高光電轉換率的二維鈣鈦礦太陽能電池及制備方法，所述高光電轉換率的二維鈣鈦礦太陽能電池的制備方法包括將單晶硅薄片覆在底層導電電極層上；將電子傳輸層沉積在單晶硅層上，并退火；將硝酸鎳溶于乙醇，旋涂至導電基質上加熱；將鉛基材料和二維鈣鈦礦前驅體材料溶于甲醇中，加熱，溶解于異丙醇；旋涂至空穴傳輸層上，加熱，得到鈣鈦礦層；在鈣鈦礦層表面蒸鍍電極層，得到高光電轉換率的二維鈣鈦礦太陽能電池。本發明通過鉛基材料和二維鈣鈦礦前驅體材料制備得到單晶，具有較好的穩定性；通過材料的復合來彌補二維鈣鈦礦材料光電轉換率差的缺陷，電池的光電轉換率提高。

技術領域

本發明屬于電池制備技術領域，尤其涉及一種高光電轉換率的二維鈣鈦礦太陽能電池及制備方法。

背景技術

目前，鈣鈦礦結構的材料是指的任何與鈦酸鈣CaTiO₃具有相同晶體結構的材料，實驗發現，當金屬鹵化物材料形成鈣鈦礦結構后，在光伏太陽能電池中作為采集層是非常有效的，能夠成功地將太陽能轉化為電能，基于該發現，2009年，鈣鈦礦結構的材料正式應用于薄膜太陽能電池中，在接下來的幾年中，鈣鈦礦結構的材料在光伏領域有了極大的發展，光電轉換率不斷提升，特別是金屬鹵化物類鈣鈦礦材料，其原料一般為廉價的鉛、鹵素、及胺鹽，來源廣泛，制造成本較以往的硅基材料更低，在光電轉化率方面，其從最初的3.8％發展到15.9％僅用了不到5年的時間，已經逐步接近硅基光伏材料的效率，目前，鈣鈦礦太陽能電池已經認證的效率達到了23.7％，因此使用鈣鈦礦結構的光伏材料的太陽能電池將能夠完全取代傳統的使用硅類光伏材料的太陽能電池；但鈣鈦礦太陽能電池重復性低、穩定性差等問題仍是其商業化應用進程的最大阻礙，由于鈣鈦礦吸濕會引起鈣鈦礦室溫條件下不穩定，在氧氣環境中會發生化學反應進而破壞晶體結構，使用一段時間后會出現較明顯的效率衰減，目前發現二維鈣鈦礦材料相比三維鈣鈦礦電池具有較好的穩定性，但其光電轉換效率相對較低。現有文件利用特殊的混合溶液加熱旋涂制備得到低維錫基鈣鈦礦薄膜，所得到的太陽能電池光電轉化效率有了一定提高，但仍無法滿足實際使用需求。

通過上述分析，現有技術存在的問題及缺陷為：目前使用特殊的混合溶液加熱旋涂制備得到低維錫基鈣鈦礦薄膜，制備的太陽能電池光電轉化效率仍無法滿足實際使用需求。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提供了一種高光電轉換率的二維鈣鈦礦太陽能電池及制備方法。

本發明是這樣實現的，一種高光電轉換率的二維鈣鈦礦太陽能電池，所述高光電轉換率的二維鈣鈦礦太陽能電池從下至上依次疊設有：

底層導電電極層、單晶硅層、電子傳輸層、鈣鈦礦層、空穴吸收層、電極層。

進一步，所述電子傳輸層與所述單晶硅層完全重合。

進一步，所述鈣鈦礦層上的晶粒大小為0.2-1.8μm。

進一步，所述鈣鈦礦層上的電子缺陷密度為1.02×10¹⁵cm^-3-1.87×10¹⁵cm^-3。

進一步，所述底層導電電極層與所述電極層厚度為30-50nm，所述單晶硅層厚度為200-300nm，所述電子傳輸層厚度為80-200nm，所述鈣鈦礦層厚度為120-300nm，所述空穴吸收層的厚度為160-180nm。

本發明的另一目的在于提供一種高光電轉換率的二維鈣鈦礦太陽能電池的制備方法，所述高光電轉換率的二維鈣鈦礦太陽能電池的制備方法包括以下步驟：

步驟一，將單晶硅薄片覆在底層導電電極層上，形成單晶硅層；

步驟二，將電子傳輸層通過氣相沉積法沉積在單晶硅層上，并進行退火處理；

步驟三，將硝酸鎳溶于乙醇，旋涂至導電基質上，并進行加熱，得到空穴傳輸層；