[發(fā)明專利]基于界面偶極分子修飾的鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法

有效

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• 申請日: 2021-04-08
• 公開（公告）號: CN113193121B
• 公開（公告）日: 2022-11-29
• 發(fā)明（設計）人: 劉明偵;崔翔;胡逾超;李發(fā)明
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01L51/46
• 分類號: H01L51/46;H01L51/44;H01L51/48
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 甘茂

本發(fā)明屬于太陽能電池技術領域，涉及鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法，具體提供一種基于界面偶極分子修飾的鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法。本發(fā)明通過在鈣鈦礦太陽能電池的鈣鈦礦吸光層與空穴傳輸層之間引入2?噻吩甲胺分子薄膜層、作為用于界面修飾的偶極分子修飾層，在空穴傳輸層/鈣鈦礦吸光層界面形成定向排列的偶極分子層、構建偶極電場，同時實現(xiàn)了界面缺陷的鈍化與載流子提取效率的提升；進而使得鈣鈦礦太陽能電池實現(xiàn)了更高的短路電流密度以及開路電壓，具有更高的光電轉換效率；并且，2?噻吩甲胺結構簡單、價格低廉且易于大規(guī)模制備，因而使得本發(fā)明鈣鈦礦太陽能電池具有高效、穩(wěn)定且低成本的優(yōu)點。

技術領域

本發(fā)明屬于太陽能電池技術領域，涉及鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法，具體提供一種基于界面偶極分子修飾的鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法。

背景技術

21世紀面臨著嚴峻的能源短缺、環(huán)境污染等問題，太陽能以其綠色環(huán)保、價格低廉且儲量豐富等特點，成為備受矚目的新能源之一，被認為是替代傳統(tǒng)的化石燃料最有前途的選擇之一。作為有效利用太陽能的重要途經(jīng)，太陽能電池的研制得到日益關注，而在眾多光伏器件中，鈣鈦礦太陽能電池(Perovskite Solar Cells)在近幾年里的發(fā)展猶為迅猛。

鈣鈦礦(CH₃NH₃PbI₃)太陽能電池屬于第三代太陽能電池，其顯著特點是利用鈣鈦礦型的有機-無機雜化鹵化物半導體材料作為吸光層；由于有機-無機雜化鈣鈦礦材料具有吸光系數(shù)高、帶隙可調節(jié)、光生激子束縛能低、載流子遷移率高且擴散距離長等一系列優(yōu)點，因此自其問世就受到了廣泛的關注。目前，鈣鈦礦太陽能電池的光電轉換效率已經(jīng)高達25.5％，幾乎可與單晶硅太陽能電池相媲美；更重要的是，反式結構的鈣鈦礦太陽能電池可以通過全低溫工藝制備，這使得它具有與疊層電池及柔性可穿戴電子設備良好的兼容性，在下一代的光伏工藝中，具有很大的競爭優(yōu)勢。

雖然鈣鈦礦太陽能電池已經(jīng)取得了較高的光電轉換效率，但是其短路電流密度和開路電壓仍遠小于理論極限(分別為26mA cm^-2和1.3V)；大量研究表明，鈣鈦礦太陽能電池的各項光伏參數(shù)受光生載流子在器件界面處的堆積、復合等行為的影響極大；因此，如何有效抑制界面處載流子的堆積、減少光生載流子在界面處的非輻射復合，是進一步提升鈣鈦礦太陽能電池性能的關鍵。目前，界面修飾是抑制電荷在鈣鈦礦表層堆積和快速復合的重要方法之一，它可以提升器件的開路電壓、填充因子以及長期穩(wěn)定性；界面鈍化作為界面修飾的一種手段，其可用的材料有很多，比如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、氯化膽堿(CC)、聚四氟乙烯(PTFE)等有機分子；然而，這些材料均為不良導體，雖然鈍化了界面缺陷態(tài)，但是并不能解決界面載流堆積的問題，限制了鈣鈦礦太陽能電池光電轉換效率的進一步提升。

基于此，本發(fā)明提供一種能夠同時實現(xiàn)界面缺陷鈍化以及界面載流子提取增強的新型界面修飾材料，對于制造更高光電轉換效率的鈣鈦礦太陽能電池具有重要意義。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有鈣鈦礦太陽能電池中界面修飾存在的不足，提供一種能夠同時實現(xiàn)缺陷鈍化與載流子提取增強的界面修飾材料，進而提供基于界面偶極分子修飾的鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案如下：

一種基于界面偶極分子修飾的鈣鈦礦太陽能電池，包括：從下往上依次層疊設置的玻璃基底1、氧化銦錫(ITO)透明電極層2、空穴傳輸層3、鈣鈦礦吸光層5、電子傳輸層6、空穴阻擋層7及金屬電極8；其特征在于，所述空穴傳輸層3與鈣鈦礦吸光層5之間還設置有偶極分子修飾層4，所述空穴傳輸層為氧化鎳納米晶薄膜，所述偶極分子修飾層為2-噻吩甲胺(TPMA)分子薄膜。

進一步的，所述偶極分子修飾層的厚度為1～2納米。

進一步的，所述鈣鈦礦吸光層為MAPbI₃薄膜，所述電子傳輸層為富勒烯衍生物(PCBM)薄膜，所述空穴阻擋層為浴銅靈(BCP)薄膜。