[發(fā)明專利]一種離子液體型有機(jī)大體積胺分子鹽制備低維錫基鈣鈦礦薄膜及其太陽能電池和應(yīng)用

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• 申請日: 2020-08-17
• 公開（公告）號: CN111952455A
• 公開（公告）日: 2020-11-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳永華;林越辛;邱健;夏英東;黃維
• 申請（專利權(quán)）人: 南京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/46;H01L51/48
• 代理公司: 南京知識律師事務(wù)所 32207
• 代理人: 吳頻梅

本發(fā)明涉及一種離子液體型有機(jī)大體積胺分子鹽丁胺乙酸鹽制備低維錫基鈣鈦礦薄膜及其太陽能電池和應(yīng)用，屬于光電材料與器件領(lǐng)域。該發(fā)明利用特殊的離子液體型有機(jī)大體積胺分子鹽丁胺乙酸鹽配制低維錫基鈣鈦礦的前驅(qū)液，并利用反溶劑法在沉積有空穴傳輸材料的ITO透明導(dǎo)電玻璃上制備得到低維錫基鈣鈦礦薄膜，經(jīng)過退火處理后，薄膜表面平整致密，缺陷態(tài)密度低，晶體取向垂直于基板。所制備的低維錫基鈣鈦礦太陽能電池具有優(yōu)異的光電轉(zhuǎn)化效率和出色的器件穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種低維錫基鈣鈦礦薄膜及其低維錫基鈣鈦礦太陽能電池的制備方法，尤其是一種可制備出平整致密，缺陷態(tài)密度低，晶體取向垂直于基底的低維錫基鈣鈦礦薄膜及其高光電轉(zhuǎn)化效率且穩(wěn)定的低維錫基鈣鈦礦太陽能電池器件的簡單方法，屬于光電材料與器件技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著社會的進(jìn)步與發(fā)展，人類社會面對的環(huán)境問題也日益嚴(yán)峻。因此，尋找替代傳統(tǒng)化石能源的研究被廣泛開展。太陽能作為一種取之不盡、用之不竭的清潔能源被認(rèn)為是一種能夠逐步取代化石能源的清潔能源之一。太陽能電池作為利用太陽能的主要途徑之一，備受關(guān)注。目前被廣泛商業(yè)化的太陽能電池為單晶硅和多晶硅太陽能電池。而晶硅太陽電池的生產(chǎn)和加工過程中涉及到的能源消耗大，因此，在目前可持續(xù)發(fā)展的理念下，難有進(jìn)一步的發(fā)展。

有機(jī)-無機(jī)雜化鈣鈦礦太陽能電池從2009年問世以來，在短短的數(shù)年時間里，光電轉(zhuǎn)化效率就從3.8％提升到了25.2％。雖然有機(jī)-無機(jī)雜化鈣鈦礦太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率得到了迅速地發(fā)展，但是在其商業(yè)化應(yīng)用的進(jìn)程上還面臨著諸多問題。首先，鉛基鈣鈦礦太陽能電池中含有毒性較大的鉛元素，因此需要尋求一種低毒性的元素取代鉛元素的使用。此外，目前鈣鈦礦太陽能電池相比于傳統(tǒng)晶硅太陽能電池，其穩(wěn)定性方面仍有很大的提升空間。

錫基鈣鈦礦材料由于其具有較低的毒性以及低激子結(jié)合能和窄的光學(xué)帶隙，被認(rèn)為是最具潛力的鉛基鈣鈦礦的替代者。但由于錫基鈣鈦礦體系中的二價錫在熱力學(xué)上處于不穩(wěn)定狀態(tài)，極易被氧化成四價錫，導(dǎo)致了最終器件的穩(wěn)定性和重復(fù)性較差。為此，通過在錫基鈣鈦礦體系內(nèi)引入有機(jī)大體積胺分子鹽，可以制備出具有良好的耐輻照、耐高溫和耐濕的低維錫基鈣鈦礦。然而，截至目前，在低維錫基鈣鈦礦的體系中所引入的有機(jī)大體積胺分子鹽均為鹵素鹽，這些基于鹵素的傳統(tǒng)有機(jī)大體積胺分子鹽缺乏與錫基鈣鈦礦骨架之間的強(qiáng)相互作用，從而不能有效地調(diào)控低維錫基鈣鈦礦的結(jié)晶過程，導(dǎo)致最終低維錫基鈣鈦礦薄膜形貌差，相應(yīng)的低維錫基鈣鈦礦太陽能電池的器件性能低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：針對低維錫基鈣鈦礦中引入的傳統(tǒng)鹵素有機(jī)大體積胺分子鹽與錫基鈣鈦礦骨架之間的相互作用較弱，導(dǎo)致薄膜結(jié)晶過程過快，薄膜質(zhì)量不高，提出引入離子液體型有機(jī)大體積胺分子鹽丁胺乙酸鹽以顯著加強(qiáng)其與錫基鈣鈦礦骨架之間相互作用，從而有效調(diào)控低維錫基鈣鈦礦結(jié)晶過程，制備表面平整致密、低缺陷態(tài)密度、晶體取向垂直于基底的低維錫基鈣鈦礦薄膜及制備的低維錫基鈣鈦礦太陽能電池的性能和穩(wěn)定性都得到了顯著地提升。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案是：一種離子液體型有機(jī)大體積胺分子鹽丁胺乙酸鹽制備低維錫基鈣鈦礦薄膜及其低維錫基鈣鈦礦太陽能電池，包括以下步驟：

(1)將特殊的離子液體型有機(jī)大體積胺分子鹽，甲脒氫碘酸鹽，碘化亞錫以及氟化亞錫按摩爾比2:3:4:0.6溶于N,N-二甲基甲酰胺和二甲基亞楓的混合溶劑中(體積比為4:1)，并添加碘化胍作為添加劑,配制成低維錫基鈣鈦礦前驅(qū)液一，在30-120℃下攪拌1-4小時；將苯乙胺鹽酸鹽，甲脒氫碘酸鹽，碘化亞錫以及氟化亞錫按摩爾比2:3:4:0.6溶于N,N-二甲基甲酰胺和二甲基亞楓的混合溶劑中(體積比為4:1)，并添加碘化胍作為添加劑,配制成低維錫基鈣鈦礦前驅(qū)液二，在30-120℃下攪拌1-4小時；將低維錫基鈣鈦礦前驅(qū)液一和低維錫基鈣鈦礦前驅(qū)液二以一定的摩爾比混合，在30-120℃下攪拌1-4小時；

(2)在清洗并且處理過的ITO透明導(dǎo)電玻璃上旋涂沉積空穴傳輸材料；