[發明專利]基于雙鈣鈦礦材料的太陽能電池及制備方法

在審

• 申請號: 202010882858.0
• 申請日: 2020-08-28
• 公開（公告）號: CN111987222A
• 公開（公告）日: 2020-11-24
• 發明（設計）人: 常晶晶;林珍華;王璐;蘇杰;張進成;郝躍
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/44;H01L51/46;H01L51/48
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華;黎漢華

本發明公開了一種以雙鈣鈦礦材料為吸收層的鈣鈦礦太陽能電池。其自下而上包括透明導電襯底、電子傳輸層、雙鈣鈦礦吸收層、空穴傳輸層和金屬電極。該雙鈣鈦礦采用分子式為A₂B^ⅠB^ⅢX₆的半導體材料，其中，A為K⁺、Rb⁺、Cs⁺中的一種或多種，B^Ⅰ為Cu⁺、Ag⁺、Au⁺、Li⁺、Na⁺、K⁺、Rb⁺、Cs⁺、In⁺中的一種或多種，B^Ⅲ為As³⁺、Bi³⁺、Rh³⁺、Sb³⁺、Cr³⁺、Co³⁺、Ga³⁺、Fe³⁺、Ru³⁺、In³⁺、Ir³⁺、Au³⁺、Y³⁺中的一種或多種。本發明相比現有鈣鈦礦太陽能電池穩定性高，無毒性元素，可用于通信、交通光伏系統及用戶太陽能。

技術領域

本發明屬于電子器件技術領域，更進一步涉及一種鈣鈦礦太陽能電池，可用于通信光伏系統、交通光伏系統以及用戶太陽能電源。

背景技術

鈣鈦礦太陽能電池作為一種新型的太陽能電池，可以用溶液法進行加工處理，還可以和印刷工藝結合，極大地節省生產成本。同時鈣鈦礦太陽能電池還具有輕、薄的特性，并可以沉積在柔性襯底上。傳統鈣鈦礦材料MAPbI₃具有非常優秀的光電性能，其禁帶寬度在1.55-1.6eV，光吸收范圍寬，載流子的遷移距離長，激子結合能低，而且具有雙極性，不僅能吸收光能產生光生電子空穴對，而且還能起到傳輸載流子的作用，既能傳輸電子，也能傳輸空穴。這些優點有利于對光的吸收以及光生載流子的傳輸和遷移，因此使其成為一種被廣泛研究的材料。近幾年，鈣鈦礦太陽能電池在光電轉化效率，制備方法和器件結構上都有了顯著提升，其結構包括透明導電襯底、電子傳輸層、鈣鈦礦吸收層、空穴傳輸層和金屬電極。但是有機-無機雜化鈣鈦礦太陽能電池普遍存在的問題是水穩定性和空氣穩定性差以及毒性元素鉛引起的環境問題。

儲天新能源科技(長春)有限公司在申請號：201811469181.7的專利申請文獻中公開了一種制備鈣鈦礦太陽能電池的方法。該方法采用ITO作為透明導電襯底，采用旋涂法制備Spiro-OMeTAD(2,2’,7,7’-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9’-螺二芴))作為空穴傳輸層，采用一步法或者兩步法制備鈣鈦礦吸收層，采用噴涂法制備大面積SnO₂作為電子傳輸層，采用蒸鍍法制備金屬電極,實現效率達到17.68％，且有利于大面積生產。但是該方法采用CH₃NH₂PbI₃材料制備的光吸收層由于含有有機基團，在空氣中穩定性差，并含有有毒元素鉛，限制了鈣鈦礦太陽能電池的性能和廣泛的應用于生活。

鎮江市雙利光電科技有限公司在申請號：201410824806.2的專利文獻中公開了一種制備錫基鈣鈦礦太陽能電池的方法。該方法采用TCO作為陽極，采用旋涂法制備TiO₂作為電子傳輸層，采用旋涂法制備Spiro-OMeTAD(2,2’,7,7’-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9’-螺二芴))作為空穴傳輸層，采用一步法制備錫鈣鈦礦吸收層，采用蒸鍍法制備金屬銀電極。該制備方法利用錫代替了傳統鉛鈣鈦礦中的鉛元素，大大減小了太陽能電池的毒性以及污染性。但是錫元素在傳統的ABX₃結構里表現為+2價，極易被氧化為+4價，因而這種ABX₃結構的錫基鈣鈦礦極其不穩定，導致太陽能電池的穩定性存在較大的問題。

發明內容