[發明專利]一種鈣鈦礦電池制備方法

有效

• 申請號: 202110614427.0
• 申請日: 2021-06-02
• 公開（公告）號: CN113363394B
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 段羽;王錦濤;陳嘯天;周伊斌;賀晨陽
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: H01L51/48
• 分類號: H01L51/48;H01L51/42
• 代理公司: 長春中科長光知識產權代理事務所(普通合伙) 22218
• 代理人: 高一明;郭婷

本發明提供一種鈣鈦礦電池制備方法，包括制備空穴傳輸層，制備空穴傳輸層包括以下步驟：S1、分別配置Li?TFSI溶液、Spiro?OMeTAD溶液和具有氧化性的無機鈉鹽或鉀鹽溶液，混合后得到空穴傳輸層前驅體溶液；S2、將空穴傳輸層前驅體溶液涂覆在鈣鈦礦功能層上，制備得到空穴傳輸層。本發明引入具有氧化性的無機鈉鹽或鉀鹽對Spiro?OMeTAD進行氧化，在制備空穴傳輸層之前就完成氧化過程。本發明的鈉離子和鉀離子在鈣鈦礦太陽能電池工作時會遷移到鈣鈦礦層中，提升鈣鈦礦太陽能電池的性能。

技術領域

本發明涉及太陽能電池領域，特別涉及一種鈣鈦礦電池制備方法。

背景技術

隨著傳統化石燃料的使用，其造成的環境污染已經威脅到了社會的發展和人們的身體健康。同時，由于煤、石油等傳統化石燃料的不可再生性，能源危機的問題已經逐漸浮現。因此，尋找清潔的可再生能源得到了人們的廣泛關注。在眾多的新能源技術中，太陽能由于其應用范圍廣，不受地域限制等優點得到了人們的廣泛關注。

目前應用最廣泛的太陽能電池為硅太陽能電池，其轉換效率高，制備工藝成熟。然而，硅基太陽能電池制備成本高，工藝復雜，這限制了它的大規模應用。而以碲化鎘(CdTe)、銅銦鎵硒(CuInGaSe)為代表的新型薄膜太陽能電池由于重金屬元素鎘的毒性以及銦和鎵元素的稀缺性，限制了其大規模工業化的應用。自2009年以來，一種新型的太陽能電池：鈣鈦礦太陽能電池由于其高的光吸收系數，低的載流子結合能，長的載流子擴散長度，可調的直接帶隙以及高的轉換效率得到了人們的廣泛關注。

正置的鈣鈦礦太陽能電池器件通常由以下功能層組成：透明導電底電極，電子傳輸層，鈣鈦礦吸光材料，空穴傳輸層，頂電極。這其中，空穴傳輸層對鈣鈦礦太陽能電池器件的性能有著重要的影響。它起著傳輸空穴，阻擋電子，促進光生載流子分離等作用。目前，鈣鈦礦太陽能電池器件最常用的空穴傳輸層為2，2，7，7-四[N，N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9，9-螺二芴(Spiro-OMeTAD)。但是，基于Spiro-OMeTAD的空穴傳輸層在制備完成后需要進行氧化處理才能達到較高的空穴遷移率，來實現空穴傳輸層的功能。同時，不同地域，甚至同一地域不同季節的情況下，為了使Spiro-OMeTAD起到空穴傳輸功能的氧化時間也不相同。這極大地限制了Spiro-OMeTAD作為一個優秀且廣泛在實驗室中應用的空穴傳輸層材料在工業化應用中的前景。

目前人們為了減少Spiro-OMeTAD的氧化時間，提出了各種各樣解決問題的辦法。公告號CN107195784B：《一種快速氧化處理鈣鈦礦電池空穴傳輸層的方法》中公開了使用等離子氧來快速氧化Spiro-OMeTAD的方法；公開號CN110265552A：《基于前氧化復合空穴傳輸層的鈣鈦礦太陽能電池及制備方法》中公開了在Spiro-OMeTAD溶液中通入氧氣的方法，以達到前氧化Spiro-OMeTAD的目的。

目前，Spiro-OMeTAD的氧化主要是將其在含有干燥劑的空氣氛圍中放置，通過氧氣與Spiro-OMeTAD分子之間相互作用實現的。該方法耗時較長，往往需要十幾甚至幾十個小時的時間來進行氧化。在氧化過程中，不可避免地發生水分子與鈣鈦礦層相互接觸，對制備好的鈣鈦礦層的穩定性也產生了不利影響。為了提升Spiro-OMeTAD的空穴傳輸性能，常常在Spiro-OMeTAD溶液中摻入雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰(Li-TFSI)，在氧化過程中，鋰鹽會因為吸潮而發生團聚，影響空穴傳輸層性能。綜合以上原因，傳統的Spiro-OMeTAD氧化過程不利于鈣鈦礦太陽能電池器件的大規模工業化應用。

發明內容

本發明為解決上述問題，提供一種鈣鈦礦電池制備方法。

為實現上述目的，本發明采用以下具體技術方案：

一種鈣鈦礦電池制備方法，包括制備空穴傳輸層，制備空穴傳輸層包括以下步驟：

S1、分別配置Li-TFSI溶液、Spiro-OMeTAD溶液和具有氧化性的無機鈉鹽或鉀鹽溶液，混合后得到空穴傳輸層前驅體溶液；