[發明專利]一種穩定FACs基鈣鈦礦太陽能電池的制備方法

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• 申請號: 202110671022.0
• 申請日: 2021-06-17
• 公開（公告）號: CN113629196A
• 公開（公告）日: 2021-11-09
• 發明（設計）人: 張樹芳;何正言;賈祥瑞;隋豪杰;高瑜霜;施偉敏
• 申請（專利權）人: 魯東大學
• 主分類號: H01L51/48
• 分類號: H01L51/48;H01L51/42;H01L51/46
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

鈣鈦礦太陽能電池是一種新興的光電轉化技術，能夠將光能高效的轉化為人們生活所需的電能。鈣鈦礦太陽能電池發展迅速，由于其高效的轉換效率受到人們的青睞，未來將會對對人類的生產生活產生極其重要的影響，并在眾多領域得以廣泛應用。相比于傳統MAPbI₃鈣鈦礦太陽能電池材料，FACs混合陽離子鈣鈦礦擁有較窄的帶隙，但是其較差的濕度穩定性限制了其進一步發展。本發明的目的在于提供一種能夠穩定FACs基鈣鈦礦太陽能電池的制備方法，通過引入含氧膦酸，使其作為鈣鈦礦前驅體溶液添加劑，解決目前鈣鈦礦太陽能電池效率低、穩定性差、制造工藝復雜等問題。上述所述的鈣鈦礦太陽能電池包括三部分，分別是：FTO導電玻璃襯底層、SnO₂電子傳輸層、鈣鈦礦納米晶薄膜、Sprio?MeOTAD空穴傳輸層以及金屬電極層。其中鈣鈦礦納米晶薄膜是以ABX3為基質材料。

技術領域

本發明涉及光電器件技術領域，尤其涉及一種含氧膦酸作為添加劑的 FACs 基鈣鈦礦鈣鈦礦太陽能電池的制備方法。

背景技術

自 2009 年以來，有機金屬鹵化物鈣鈦礦太陽能電池已成為迄今為止發展最快的光伏技術，其功率轉化效率已經可以與傳統硅太陽能電池相媲美。在早期的探索研究中，鈣鈦礦太陽能電池主要以甲基銨三碘化鉛（MAPbI₃）為基礎，然而由于 MA 的揮發性，在超過85 ℃ 之后開始分解，同時甲脒三碘化鉛（FAPbI₃）雖然擁有1.47 eV 的較窄帶隙，但FAPbI₃ 只能在 150 ℃ 以上的高溫中才能穩定，所以通過多陽離子工程，基于FACs的混合陽離子鈣鈦礦太陽能電池成為目前主要的研究途徑，但是FACs基混合陽離子鈣鈦礦的高濕度敏感性限制了其商業化發展。為了解決這一問題，通過引入添加劑，可以有效穩定 FACs基鈣鈦礦太陽能電池并緩解 FACs 基鈣鈦礦太陽能電池的高濕度敏感性，通過引入添加劑的方式進行FACs基鈣鈦礦太陽能電池的改良不失為一種可行方案。

鈣鈦礦材料具有陷阱密度小、本征載流子濃度較低、晶界少等特點，在高性能和低成本的太陽能電池方面具有極大的優勢。在鈣鈦礦太陽能電池制備過程中，通過添加劑工程可以穩定 FACs 基鈣鈦礦太陽能電池，實現高效率和高穩定性。本發明旨在利用一種含氧膦酸添加劑策略進行 FACs 基鈣鈦礦太陽能電池的制備，該方法基于現有的技術，可極大提高FACs 基鈣鈦礦太陽能電池穩定性，并且有利于推廣應用，實現商業化。

發明內容

本發明的目的在于提供一種穩定 FACs 基鈣鈦礦太陽能電池的制備方法，解決目前鈣鈦礦太陽能電池穩定性、器件效率等問題。上述所述的鈣鈦礦太陽能電池包括五部分，分別是： FTO導電玻璃襯底層、SnO₂電子傳輸層、鈣鈦礦納米晶薄膜、Spiro-MeOTAD 空穴傳輸層以及金屬電極層。其中鈣鈦礦納米晶薄膜是以ABX₃為基質材料。實現本發明技術的方案如下：

首先將 FTO 導電玻璃襯底經過洗潔精、無水乙醇超聲清洗、UV紫外光清洗得到潔凈的襯底層。將襯底層放置在旋涂儀上，在其正上方滴加配制好的 SnO₂ 溶液進行旋涂，旋涂完畢后進行退火處理。在將配制好的鈣鈦礦前驅液滴加在含有電子傳輸層的基板上進行旋涂，旋涂完畢后在加熱板上進行退火處理。之后將配制好的 Spiro-MeOTAD溶液滴加在涂覆了鈣鈦礦層的基板上，通過旋涂將空穴傳輸層覆蓋在鈣鈦礦薄膜表面，最后通過真空鍍膜技術在空穴傳輸層上蒸鍍一層金電極層。

本發明所采用的鈣鈦礦納米薄膜材料為 FA_0.85Cs_0.15PbI₃，其中通過引入含氧膦酸作為添加劑可以增強對可見光的吸收，顯著提高鈣鈦礦薄膜的光電轉換效果，同時提高器件性能參數與穩定性。

本發明與現有技術相比，優勢為：

1、本發明的工藝操作與電池結構相對簡單，含氧膦酸可直接充當鈣鈦礦前驅體溶液的溶質溶解在溶劑中；

2、引入含氧磷酸添加劑之后可以顯著提高鈣鈦礦薄膜的吸光度，從而提升電池性能，有利于實現商業化；