[發明專利]一種拓寬鈣鈦礦吸光層加工窗口的方法及平面型鈣鈦礦太陽能電池

有效

• 申請號: 202110038271.6
• 申請日: 2021-01-12
• 公開（公告）號: CN112909183B
• 公開（公告）日: 2023-02-07
• 發明（設計）人: 高進偉;陳聰
• 申請（專利權）人: 華南師范大學
• 主分類號: H10K71/15
• 分類號: H10K71/15;H10K30/10
• 代理公司: 廣州知友專利商標代理有限公司 44104
• 代理人: 宣國華;劉艷麗

本發明公開了一種拓寬鈣鈦礦吸光層加工窗口的方法，在所述鈣鈦礦吸光層的制備過程中或制備完成后加入抗溶劑以拓寬鈣鈦礦吸光層的加工窗口，其中所述的抗溶劑為碳酸酯。該方法首次引入了一系列綠色新型碳酸酯類抗溶劑，可用于拓寬鈣鈦礦薄膜溶液加工窗口的制備，可解決目前鈣鈦礦吸光層加工窗口過窄，而難以控制合成高質量鈣鈦礦薄膜的技術難題。本發明還公開了一種平面型鈣鈦礦太陽能電池，該電池包括上述方法制備的鈣鈦礦吸光層。獲得的鈣鈦礦太陽能電池器件的性能優良。

技術領域

本發明屬于太陽能技術領域，具體涉及一種拓寬鈣鈦礦吸光層加工窗口的方法及平面型鈣鈦礦太陽能電池。

背景技術

有機無機雜化鈣鈦礦太陽能電池由于其工藝簡單，制造成本低，極高的光電轉換效率而備受人們的關注。有機無機雜化鈣鈦礦太陽能電池光電轉換效率由2009年的3.8％迅速提升至如今的25.5％。鈣鈦礦太陽能電池發展迅猛的主要原因歸因于鈣鈦礦材料的優異固有特性，例如高吸收系數，較長的載流子壽命(高達30μs)，較大的載流子擴散長度(1μm)和低激子結合能。此外，鈣鈦礦材料的另一個優勢是鈣鈦礦薄膜的加工方式多樣，包括一步或兩步溶液反溶劑輔助沉積法，氣相輔助溶液法，氣相輔助制備法和真空沉積法，可顯著降低生產成本。

目前，基于抗(反)溶劑的方法已成為通過調節鈣鈦礦晶體成核和晶體生長來制備致密且高度結晶的鈣鈦礦薄膜的大眾方法。氯苯(CB)，甲苯(TL)和二乙醚(DE)是用于高效鈣鈦礦太陽能器件制造的最普遍使用的抗溶劑。然而人體長期接觸CB會引起頭暈，神經毒性和其他嚴重的健康問題；TL吸入后可導致窒息和先天畸形；DE是一種較安全的抗溶劑，但長期吸入后仍會引起頭痛，頭暈，疲勞和嗜睡。除了健康問題之外，這些常用的抗溶劑通常具有非常狹窄的加工窗口(通常少于2秒)，這意味著只有熟練的操作員才能操作抗溶劑輔助的鈣鈦礦加工過程。這嚴重影響了鈣鈦礦太陽能電池的大面積應用。

因此，需要引入綠色環保新型的抗(反)溶劑，用于拓寬鈣鈦礦薄膜溶液(拓寬鈣鈦礦吸光層)加工窗口的制備。

發明內容

本發明的目的在于提供一種拓寬鈣鈦礦吸光層加工窗口的方法，該方法首次引入了一系列綠色新型碳酸酯類抗溶劑，可用于拓寬鈣鈦礦薄膜溶液加工窗口的制備，可解決目前鈣鈦礦吸光層加工窗口過窄，而難以控制合成高質量鈣鈦礦薄膜的技術難題。

本發明的目的還在于提供一種平面型鈣鈦礦太陽能電池，該電池包括上述方法制備的鈣鈦礦吸光層。

本發明的上述第一個目的可以通過以下技術方案來實現：一種拓寬鈣鈦礦吸光層加工窗口的方法，在所述鈣鈦礦吸光層的制備過程中或制備完成后加入抗溶劑以拓寬鈣鈦礦吸光層的加工窗口，其中所述的抗溶劑為碳酸酯。

優選的，所述的碳酸酯為碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯和碳酸二丙酯一種或幾種的混合。

作為本發明一種優選的技術方案，所述抗溶劑在采用旋涂法制備鈣鈦礦吸光層的過程中加入。

進一步的，所述抗溶劑在采用旋涂法制備鈣鈦礦吸光層的過程中加入時，包括以下步驟：在電子傳輸層上通過旋涂方式設置鈣鈦礦前驅液，在旋涂過程中第5～25s滴加抗溶劑，然后在100～110℃加熱處理10～15min，得鈣鈦礦吸光層，所述鈣鈦礦吸光層的厚度為370～430nm。

優選的，所述抗溶劑的用量為200～450μL。

優選的，所述鈣鈦礦前驅液為碘化鉛和碘甲胺的混合溶液，所述混合溶液中所述碘化鉛和所述碘甲胺的摩爾比為1：0.8～1.10，所述混合溶液的溶劑為N-N-二甲基甲酰胺和二甲基亞砜，所述N-N-二甲基甲酰胺和二甲基亞砜的體積比為0：1～8：1。

更佳的，所述鈣鈦礦前驅液為碘化鉛和碘甲胺的混合溶液，所述混合溶液中所述碘化鉛和所述碘甲胺的摩爾比為1：0.9～1.0，所述混合溶液的溶劑為N-N-二甲基甲酰胺和二甲基亞砜，所述N-N-二甲基甲酰胺和二甲基亞砜的體積比為0.1：1～0.9：1。