[發明專利]一種局域二維-三維異質結鈣鈦礦薄膜及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202110666010.9
• 申請日: 2021-06-16
• 公開（公告）號: CN113410396B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 昂科科覺;李文輝;顧曉宇
• 申請（專利權）人: 南方科技大學
• 主分類號: H10K85/50
• 分類號: H10K85/50;H10K71/12;H10K30/40;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 潘登

本發明提供一種局域二維?三維異質結鈣鈦礦薄膜，所述局域二維?三維異質結鈣鈦礦薄膜包括三維鈣鈦礦薄膜和二維鈣鈦礦納米片的組合；所述二維鈣鈦礦納米片嵌入所述三維鈣鈦礦薄膜表面晶界處，且不完全覆蓋所述三維鈣鈦礦薄膜；所述局域二維?三維異質結鈣鈦礦薄膜能夠有效減少鈣鈦礦材料本身的缺陷密度，抑制非輻射復合，同時提高準費米能級的分裂，將其應用于太陽能電池時，可以提升電池的工作效率以及在高濕度條件下的長期穩定性，具有重要研究價值。

技術領域

本發明屬于太陽能技術領域，具體涉及一種局域二維-三維異質結鈣鈦礦薄膜及其制備方法和應用。

背景技術

近年來，隨著社會與經濟的發展，人類對清潔能源的需求越來越高。太陽能電池直接將光轉換為人類所需的電能，不需要中介媒質，是最受歡迎的清潔能源之一。有機-無機雜化鈣鈦礦太陽能電池(PSCs)由于其一系列的優點，受到了廣泛的關注，其光電轉換效率(PCE)在10年內從3.8％迅速提高到25.5％，被認為是最有發展前景的新一代薄膜太陽能電池，且其制備成本低，使得該技術有望成為下一代光伏發電技術。然而，鈣鈦礦在水、熱和光條件下的本征不穩定性會影響器件的長期穩定性，進一步阻礙了該技術的商業化應用。其中，濕度對鈣鈦礦對鈣鈦礦的穩定性尤其不利，其可誘導水分與吸濕性有機陽離子反應而發生不可逆分解作用。

近些年來，二維層狀鈣鈦礦因具有優越的穩定性，有望解決鈣鈦礦太陽能電池穩定性問題，因其具有疏水性有機陽離子，可有效阻止水分對鈣鈦礦的分解。二維鈣鈦礦具有Ruddlesden-Popper(RP)型和Dion-Jacobson(DJ)型兩種結構。其中，DJ型二維鈣鈦礦具有更好的結構穩定性和晶格剛度。CN111446371A公開了一種基于二維鈣鈦礦單晶的太陽能電池及其制備方法，利用RP型二維鈣鈦礦單晶作為太陽能電池的光吸收材料，二維鈣鈦礦單晶包括N層二維鈣鈦礦單層，N≥2；二維鈣鈦礦單層包括n層共角碘化鉛八面體、n層有機配體A及2層有機配體B，n≥1，且二維鈣鈦礦單層均具有相同的n值，有機配體A嵌入共角碘化鉛八面體空隙，有機配體B分別位于共角碘化鉛八面體的相對兩側，二維鈣鈦礦單層的化學式為B₂A_n-1Pb_nI_3n+1，且有機配體B的碳原子數大于有機配體A；該發明基于二維鈣鈦礦單晶的太陽能電池具有環境穩定性高和光電轉換效率高的優點。但是，盡管二維鈣鈦礦電池具有良好的穩定性，但其光電轉化效率仍低于相應的三維鈣鈦礦太陽能電池，主要是因為絕緣有機間隔層產生能量勢壘，形成量子阱結構，從而增加了激子的結合能，使帶隙變寬，對電荷傳輸產生不利影響。