[發明專利]形成反式鈣鈦礦太陽能電池電子傳輸層的方法及其應用

在審

• 申請號: 202011172723.1
• 申請日: 2020-10-28
• 公開（公告）號: CN112234147A
• 公開（公告）日: 2021-01-15
• 發明（設計）人: 邵君;于振瑞
• 申請（專利權）人: 無錫極電光能科技有限公司
• 主分類號: H01L51/48
• 分類號: H01L51/48;H01L51/00;H01L51/42
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 周紅

本發明公開了形成反式鈣鈦礦太陽能電池電子傳輸層的方法及其應用。其中，形成反式鈣鈦礦太陽能電池電子傳輸層的方法包括：提供電子傳輸層涂布墨水和基片，所述基片包括導電玻璃襯底、空穴傳輸層和鈣鈦礦薄膜；采用刮涂處理、狹縫擠出處理、噴涂處理中的至少之一，將所述電子傳輸層涂布墨水涂布到所述鈣鈦礦薄膜遠離所述空穴傳輸層的至少部分表面，得到電子傳輸層。該方法可實現反式鈣鈦礦太陽能電池中電子傳輸層的大面積制備，產品界面結合良好，能夠獲得大面積均一致密的電子傳輸層，有助于推進大面積反式結構鈣鈦礦太陽能電池的產業化進程。

技術領域

本發明涉及鈣鈦礦太陽能電池領域，具體而言，本發明涉及形成反式鈣鈦礦太陽能電池電子傳輸層的方法及其應用。

背景技術

鈣鈦礦太陽能電池是利用鈣鈦礦型的有機金屬鹵化物半導體作為吸光材料的新型太陽能電池。過去十年，鈣鈦礦電池的研究迅猛發展，其電池光電轉換效率目前已達到25.5％。相比晶體硅電池，鈣鈦礦電池的效率上限更高，制造成本更低廉，是更具有發展前景的新一代太陽能電池。

鈣鈦礦電池的器件結構分為正式結構和反式結構。正式結構由下到上由導電玻璃、電子傳輸層、鈣鈦礦薄膜、空穴傳輸層和背電極組成。反式結構中傳輸層材料的位置則與正式結構相反，首先在導電玻璃上沉積空穴傳輸層，然后在鈣鈦礦薄膜上沉積電子傳輸層。目前在鈣鈦礦電池的產業化進程中，穩定性是亟待解決的首要問題。除了提升鈣鈦礦吸光層本身的穩定性，選擇合適的傳輸層材料，來實現更好的穩定性以及低廉可靠的大面積制備工藝，也是實現鈣鈦礦太陽能電池產業化的關鍵問題之一。

由于鈣鈦礦本身對很多溶劑都非常敏感，本領域中大多采用真空法在鈣鈦礦薄膜上面制備無機金屬氧化物傳輸層，例如用原子層沉積工藝在鈣鈦礦薄膜上沉積ZnO、TiO₂及SnO₂等。真空法的缺陷首先在于設備昂貴，原材料利用率低，沉積速率緩慢，會引起產業化生產中成本的顯著上升。其次，由于鈣鈦礦容易受熱分解，采用真空法在鈣鈦礦薄膜上沉積金屬氧化物，無法對襯底進行加熱，所獲得的金屬氧化物多為非晶態結構，非晶態氧化物遷移率低，電導性差，難以獲得高性能的鈣鈦礦電池器件。

實驗室中，也有用溶液法在鈣鈦礦薄膜表面制備ZnO、TiO₂及SnO₂等的嘗試，但是此類工藝均采用旋涂法，難以實現大面積的膜層制備。因此，開發一種電子傳輸層涂布墨水，直接采用結晶性好的金屬氧化物納米材料為電子傳輸材料，來實現在鈣鈦礦薄膜上涂布無機金屬氧化物傳輸層的大面積制備工藝，是本領域亟待解決的技術問題。

發明內容

本發明旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。為此，本發明的一個目的在于提出形成反式鈣鈦礦太陽能電池電子傳輸層的方法及其應用。該方法可實現反式鈣鈦礦太陽能電池中電子傳輸層的大面積制備，產品界面結合良好，能夠獲得大面積均一致密的電子傳輸層，有助于推進大面積反式結構鈣鈦礦太陽能電池的產業化進程。

在本發明的一個方面，本發明提出了一種形成反式鈣鈦礦太陽能電池電子傳輸層的方法。根據本發明的實施例，該方法包括：提供電子傳輸層涂布墨水和基片，所述基片包括導電玻璃襯底、空穴傳輸層和鈣鈦礦薄膜，所述空穴傳輸層形成在所述導電玻璃襯底的至少部分表面，所述鈣鈦礦薄膜形成在所述空穴傳輸層遠離所述導電玻璃襯底的至少部分表面；采用刮涂處理、狹縫擠出處理、噴涂處理中的至少之一，將所述電子傳輸層涂布墨水涂布到所述鈣鈦礦薄膜遠離所述空穴傳輸層的至少部分表面，得到電子傳輸層。

根據本發明上述實施例的形成反式鈣鈦礦太陽能電池電子傳輸層的方法，通過“溶液法”在鈣鈦礦薄膜頂層制備電子傳輸層。相對于現有的“真空法”(例如真空蒸鍍、磁控濺射、原子層沉積、快速等離子沉積等)，本發明的方法成本低廉，且易于實現大面積制備，產品界面結合良好，能夠獲得大面積均一致密的電子傳輸層，有助于推進大面積反式結構鈣鈦礦太陽能電池的產業化進程。

另外，根據本發明上述實施例的形成反式鈣鈦礦太陽能電池電子傳輸層的方法還可以具有如下附加的技術特征：