[發(fā)明專利]一種HCl改性二氧化錫作為電子傳輸層的鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法

有效

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• 申請日: 2021-06-22
• 公開（公告）號: CN113421970B
• 公開（公告）日: 2022-05-27
• 發(fā)明（設計）人: 劉向陽;趙曉偉;牛晨;王亦然
• 申請（專利權）人: 河南大學
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/44;H01L51/46;H01L51/48
• 代理公司: 鄭州聯(lián)科專利事務所(普通合伙) 41104
• 代理人: 張麗

本申請公開一種HCl改性二氧化錫作為電子傳輸層的鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法，所述太陽能電池的制備過程如下：（1）制備HCl改性的SnO₂水溶膠；（2）在潔凈ITO電極上沉積HCl改性SnO₂電子傳輸層；（3）將二嵌段共聚物(PEO)₁₅₀?(PPO)₂₀引入到鈣鈦礦體系中；（4）在SnO₂電子傳輸層上沉積鈣鈦礦光敏層；（5）在鈣鈦礦光敏層上沉積Spiro?OMeTAD空穴傳輸層；（6）在Spiro?OMeTAD空穴傳輸層上蒸鍍Au對電極。所制備太陽能電池平均光電轉換效率已達22.75%，最高光電轉換效率已超過22.86%，且呈現(xiàn)出對濕氣、光照和溫度良好的穩(wěn)定性。

技術領域

本發(fā)明屬于太陽能電池技術領域，具體涉及一種HCl改性二氧化錫作為電子傳輸層的鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法。

背景技術

太陽能是一種可再生能源，在化石燃料日趨減少的情況下，太陽能已成為人類使用能源的重要組成部分，并不斷得到發(fā)展。太陽能的利用有光熱轉換和光電轉換兩種方式，其中太陽能發(fā)電是一種新興的可再生能源。目前,開發(fā)太陽能已經(jīng)被廣泛重視，太陽能電池的應用已從軍事領域、航天領域進入工業(yè)、商業(yè)、農(nóng)業(yè)、通信、家用電器以及公用設施等部門。由于現(xiàn)在社會一直提倡環(huán)保節(jié)能，煤炭、石油、天然氣等有污染資源將逐漸被太陽能所替代，現(xiàn)在，很多國家都在盡力研究太陽能這一天然資源，并已列為重點研究計劃。

目前，太陽能電池研究呈現(xiàn)出以下幾個新方向：1.開發(fā)與晶硅電池匹配的頂電池或底電池，構建理論效率超過33%的疊層電池；2.開發(fā)柔性、輕質(zhì)、多彩等新型電池，實現(xiàn)與晶硅電池互補，滿足不同市場應用需求；3.探索新的光敏材料(簡單、無毒、低成本、高豐度等)、制備新型太陽能電池。作為光伏領域研究新熱點，鈣鈦礦材料具有簡單、廉價、溶液可加工特性，表明該薄膜太陽能電池技術可替代現(xiàn)有光伏技術、實現(xiàn)低成本開發(fā)。近年來，鈣鈦礦太陽能電池在基本結構、工作原理、組分取代、形貌優(yōu)化、結晶改善、界面鈍化、電子/空穴傳輸層、全無機鈣鈦礦、無鉛/少鉛鈣鈦礦以及商業(yè)化探索等方面均取得了突破性進展，其單片光電轉換效率已從3.8%快速提升到25.5%，為深入探索鈣鈦礦太陽能電池、促進其商業(yè)化奠定了良好的實驗和理論基礎。

然而，現(xiàn)有鈣鈦礦太陽能電池多基于介孔TiO₂和納米SnO₂為電子傳輸層，其中SnO₂具有明顯優(yōu)于TiO₂導電性以及更高載流子濃度和電子遷移率，這些優(yōu)越特性將提高鈣鈦礦太陽能電池性能。本發(fā)明通過簡單一步法制備結晶SnO₂納米溶膠，可以實現(xiàn)SnO₂納米晶較高載流子濃度和電子遷移率，提高薄膜電子傳輸特性；同時，引入適量HCl修飾SnO₂納米晶，鈍化SnO₂納米晶缺陷、改善表面性質(zhì)、促進Cl^-1離子與鈣鈦礦鹵素離子間轉移，改善界面接觸，促進光生電荷高效分離和萃取，進一步提高鈣鈦礦太陽能電池性能，并實現(xiàn)鈣鈦礦太陽能電池規(guī)模化制備，促進鈣鈦礦太陽能電池商業(yè)化發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種HCl改性二氧化錫（SnO₂）作為電子傳輸層的鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法，HCl改性SnO₂可采用一步法完成，制備簡單、原料儲備豐富、安全環(huán)保，基于低溫溶液過程制備鈣鈦礦電池，可探索器件規(guī)模化。該方法不但可以提高SnO₂載流子濃度和電子傳輸特性，還可以采用HCl改性SnO₂表面性質(zhì)，促進Cl^-1離子與鈣鈦礦鹵素離子間轉移，改善界面接觸，促進光生電荷高效分離和萃取，提高鈣鈦礦太陽能電池光電轉換效率，還可以探索鈣鈦礦太陽能電池規(guī)模化制備，為鈣鈦礦太陽能電池商業(yè)化提供優(yōu)化實驗條件和關鍵技術。

基于上述目的，本發(fā)明采取如下技術方案：