[發明專利]一種鈣鈦礦太陽能電池的晶界鈍化方法

有效

• 申請號: 202110345745.1
• 申請日: 2021-03-31
• 公開（公告）號: CN113097392B
• 公開（公告）日: 2022-11-08
• 發明（設計）人: 周儒;李孝章;胡棕源;王歡;萬磊;牛海紅
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: H01L51/48
• 分類號: H01L51/48;H01L51/44
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 喬恒婷

本發明公開了一種鈣鈦礦太陽能電池的晶界鈍化方法，首先利用操作簡單的室溫溶液反應合成納米級尺寸的C₆H₆NNaO₆Pb量子點；然后在一步法制備鈣鈦礦薄膜過程中，將所合成的量子點均勻分散于反溶劑中，使量子點在鈣鈦礦薄膜內部均勻分布，以實現鈣鈦礦晶界鈍化。本發明能夠有效降低鈣鈦礦晶界缺陷態密度，改善鈣鈦礦薄膜質量，從而獲得高效穩定的鈣鈦礦太陽能電池。該制備方法工藝簡單、成本低廉，在研制高性能鈣鈦礦太陽能電池方面具有良好的應用前景。

技術領域

本發明屬于太陽能電池技術領域，具體涉及一種鈣鈦礦太陽能電池的晶界鈍化方法。

背景技術

迄今為止，太陽能電池主要可分為三類：第一代晶硅太陽能電池、第二代化合物薄膜太陽能電池以及第三代新型太陽能電池。其中，鈣鈦礦太陽能電池作為新型太陽能電池中的佼佼者，憑借其吸光系數高、帶隙可調、成本較低、制備簡單等優點，受到研究人員的廣泛關注。近年來，得益于研究者在鈣鈦礦形貌調控、電池結構、器件物理、界面工程、能帶工程等方向的積極努力，鈣鈦礦太陽能電池獲得飛速發展，其器件光電轉換效率由2009年的3.8％提升到如今的25.5％(https://www.nrel.gov/pv/cell-efficiency.html)。

從以上發展歷程來看，鈣鈦礦太陽能電池發展快速，光電轉換效率逐年提升，已經能夠與硅基太陽能電池相比較，但其距離Shockley-Queisser極限效率31％尚存在一定的差距(L.Fu et al,EnergyEnvironmental Science.2020,13,4017-4056)。研究表明，鈣鈦礦薄膜晶界缺陷是制約鈣鈦礦太陽能電池的光電轉換效率和器件穩定性的關鍵因素，大量缺陷的存在會引起鈣鈦礦薄膜內部產生嚴重的電荷復合，造成光伏器件性能下降(L.D.Whalley et al,Journal of Chemical Physics.2017,146,220901)。

界面工程是一種鈍化鈣鈦礦晶體表面缺陷的有效方法，有望進一步提高鈣鈦礦太陽能電池效率和穩定性。高質量量子點有望有效鈍化鈣鈦礦晶界缺陷，降低鈣鈦礦薄膜內部缺陷態密度，對于開發高性能鈣鈦礦太陽能電池具有重要意義。

發明內容

本發明的目的是提供一種鈣鈦礦太陽能電池的晶界鈍化方法，通過納米級尺寸C₆H₆NNa₃O₆Pb量子點鈍化鈣鈦礦薄膜晶界缺陷，從而提高鈣鈦礦太陽能電池的光電轉換效率、改善器件穩定性。本發明方法具有制備工藝簡單、成本低廉、易于操作且安全等優點。

本發明鈣鈦礦太陽能電池的晶界鈍化方法，包括如下步驟：

步驟1：量子點合成

在0.1～0.2mmol C₆H₉NNa₃O₆水溶液中緩慢加入0.05～0.1mmol Pb(CH₃COO)₂溶液，并持續攪拌1～2h；進一步將上述混合溶液于空氣中靜置24～48h，之后將溶液離心、洗滌、干燥，獲得C₆H₆NNaO₆Pb量子點粉末材料，保存備用；

步驟2：鈣鈦礦晶界鈍化

在FTO或ITO等導電玻璃襯底上沉積寬帶隙半導體材料作為電子傳輸層。采用一步法制備鈣鈦礦吸收層薄膜。在手套箱N₂氛圍中，首先在電子傳輸層上均勻旋涂50～150mL鈣鈦礦前驅溶液，旋涂轉速3500～4500rpm；然后將步驟1合成的C₆H₆NNaO₆Pb量子點以0.5～20wt％的濃度分散于反溶劑中，并于鈣鈦礦前驅溶液旋涂開始6～10s時，在襯底上滴加含有量子點的反溶劑，旋涂20～30s后，將襯底置于100～110℃的加熱臺上退火5～15min，獲得目標鈣鈦礦薄膜。