[發明專利]旋涂-蒸發兩步法的無機鈣鈦礦太陽能電池的制備方法

有效

• 申請號: 202011163942.3
• 申請日: 2020-10-27
• 公開（公告）號: CN112331740B
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發明（設計）人: 廖廣蘭;葉海波;劉智勇;劉星月;張許寧;史鐵林;湯自榮
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18;H01L31/0264
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 孫楊柳;李智

本發明公開了一種旋涂?蒸發兩步法的無機鈣鈦礦太陽能電池的制備方法，屬于能量轉化技術領域。太陽能電池的光吸收層為CsPbBr₃無機鈣鈦礦層，其通過先旋涂PbBr₂再蒸發CsBr的方法制備，具體為：先將CsBr加熱升華成蒸氣，該蒸氣遇到PbBr₂層后在PbBr₂表面形成CsBr，并進行退火處理，PbBr₂和CsBr相互擴散形成CsPbBr₃無機鈣鈦礦層。本發明采用旋涂?蒸發兩步法制備的全無機鈣鈦礦作為光吸收層，解決了CsBr溶解度低的問題，并且避免了有毒溶劑甲醇的使用，并使得PbBr₂和CsBr可以充分反應得到純度更高的CsPbBr₃無機鈣鈦礦層，無機鈣鈦礦具有更高的濕度和熱穩定性，使得電池的制備能夠在空氣中制備，降低了對于生產設備的要求，有利于電池的大規模生產，且制備的電池穩定性好，電池性能衰減較慢。

技術領域

本發明屬于能量轉化技術領域，更具體地，涉及一種旋涂-蒸發兩步法的無機鈣鈦礦太陽能電池的制備方法。

背景技術

太陽能作為一種清潔、環保、廉價、儲量豐富的可再生能源，受到人們越來越多的關注。在光熱轉換、光電轉換和光化學轉換等太陽能利用方式中，光電轉換具有永久性、清潔性、靈活性等特點，為太陽能的大規模利用和存儲提供了可能。太陽能光電轉換的基本裝置是太陽能電池，經過多年的發展，各類太陽能電池都取得了長足的進步。目前，技術上比較成熟的是硅基太陽能電池，其中單晶硅基電池的實驗室最高效率可達到24.7％，但硅基電池存在制作成本高、生產過程能耗大、環境污染嚴重、成本回收時間長等問題，限制了其推廣應用。而第二代薄膜太陽能電池技術由于比硅基電池更能容忍較高的缺陷密度而得到了迅猛的發展，但其大規模應用也受制于制造成本高、環境污染嚴重、稀缺元素不可持續發展等問題。近年來，以染料敏化太陽能電池、有機太陽能電池為代表的第三代太陽能電池，以成本低廉、原料豐富等優勢受到業界關注，發展迅速，其光電轉換效率最高已經超過13％，可以和非晶硅基電池相媲美，但仍存在穩定性差、機理復雜、難以大規模生產等諸多問題。

2009年，日本Miyasaka等人在研究敏化太陽電池的過程中，首次使用具有鈣鈦礦結構的有機金屬鹵化物CH₃NH₃PbBr₃和CH₃NH₃PbI₃作為敏化劑，拉開了鈣鈦礦太陽電池研究的序幕。鈣鈦礦太陽電池自2013年開始迅猛發展。Gratzel等人首次采用兩步沉積方法制備鈣鈦礦薄膜，電池效率達到15％。隨后Snaith等采用共蒸發方法制備鈣鈦礦薄膜，形成了一種全新的平面異質結電池，效率達到15.4％。引起了全世界的矚目。同樣是在2013年，Yang等采用溶液法和蒸發法相結合的方法制備鈣鈦礦薄膜，所得電池效率為12.1％。2014年初，韓國的KRICT研究所已經將鈣鈦礦電池的轉換效率提升到17.9％。到5月份，Yang等更是通過摻Y修飾TiO₂層，將轉換效率提升到19.3％。從2009年到2018年的短短5年的時間，鈣鈦礦太陽電池技術取得了突飛猛進的進展，光電轉換效率便從3.8％躍升至19.3％，能量轉換效率已經超過了染料敏化太陽電池、有機太陽電池和量子點太陽電池。鈣鈦礦太陽能電池具有光明的應用前景和巨大的競爭潛力。