[發(fā)明專利]一種基于P型CuNiO2

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110973213.2
• 申請日: 2021-08-24
• 公開（公告）號(hào): CN113745410B
• 公開（公告）日: 2023-09-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 芮一川;石江珊;徐雨田;金作明
• 申請（專利權(quán)）人: 上海工程技術(shù)大學(xué)
• 主分類號(hào): H10K71/12
• 分類號(hào): H10K71/12;H10K71/40;H10K85/50;H10K99/00;H10K30/86;H10K30/50
• 代理公司: 上海科盛知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 劉燕武

本發(fā)明涉及一種基于P型CuNiOsubgt;2/subgt;薄膜的鈣鈦礦太陽能電池的制備方法，包括以下步驟：(1)取銅源和鎳源溶于無水乙醇中，加入乙醇胺，加熱、過濾得到CuNiOsubgt;2/subgt;溶膠；(2)將步驟(1)所得CuNiOsubgt;2/subgt;溶膠涂覆在導(dǎo)電基底上，并加熱退火制得CuNiOsubgt;2/subgt;空穴傳輸層；(3)在步驟(2)中所得CuNiOsubgt;2/subgt;空穴傳輸層的表面涂覆鈣鈦礦前驅(qū)體溶液并退火，然后涂覆電子傳輸層[6，6]－苯基－C61－丁酸異甲酯溶液并退火，鍍銀，即得到目的產(chǎn)物。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明首次將新型P型半導(dǎo)體CuNiOsubgt;2/subgt;應(yīng)用于鈣鈦礦太陽能電池，成本低廉，合成過程簡單且可重復(fù)性高，制得的CuNiOsubgt;2/subgt;薄膜平整致密，具有良好的空穴提取率和穩(wěn)定性，無機(jī)空穴傳輸層的應(yīng)用極大的降低了鈣鈦礦太陽能電池的制作成本并提高了使用壽命。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鈣鈦礦太陽能電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于P型CuNiO₂薄膜的鈣鈦礦太陽能電池的制備方法。

背景技術(shù)

能源危機(jī)和環(huán)境問題日益嚴(yán)峻，因此必須尋找可替代傳統(tǒng)化石能源的新能源。太陽能作為一種綠色可再生能源，在源源不斷的為我們供能的同時(shí)又能避免環(huán)境的污染。因此越來越多的研究投入其中。無機(jī)-有機(jī)金屬鹵化物的鈣鈦礦太陽能電池經(jīng)過僅十年的發(fā)展，性能幾乎可以與發(fā)展最成熟的硅太陽能電池相媲美。鈣鈦礦太陽能電池的結(jié)構(gòu)一般由導(dǎo)電玻璃、電子傳輸層、鈣鈦礦材料層、空穴傳輸層以及金屬電極組成。近年來鈣鈦礦太陽能電池的效率不斷取得了突破，但是還需進(jìn)一步探究如何提升電池的穩(wěn)定性以及降低制作成本。傳統(tǒng)的基于Spiro-?OMeTAD、PEDOT:PSS等的有機(jī)空穴傳輸材料合成困難，價(jià)格昂貴，且有機(jī)材料的不穩(wěn)定性導(dǎo)致電池器件快速降解，因此新型無機(jī)空穴傳輸材料選擇與設(shè)計(jì)對電池的成本和穩(wěn)定性起著關(guān)鍵作用。

金屬氧化物是地殼中含量最高的材料。金屬氧化物半導(dǎo)體在光電器件領(lǐng)域具有許多應(yīng)用，特別是高度透明的氧化物(大多為n型氧化物)常被制作為透明電極應(yīng)用于平面顯示器、太陽能電池等，而p型的透明導(dǎo)電氧化物卻較少。在已經(jīng)開發(fā)的無機(jī)P型半導(dǎo)體材料中，具有合適的帶隙、高空穴遷移率以及導(dǎo)電性良好的金屬氧化物已經(jīng)得到廣泛的研究。如NiO，Cu₂O，CoO，CuAlO₂等。其中具有銅鐵礦結(jié)構(gòu)的ABO₂型P型半導(dǎo)體(A為Ag或Cu；B為Al，F(xiàn)e，Cr，Ga或In等)?一系列三元化合物已被用作許多光電領(lǐng)域的有前途的候選物。因?yàn)樗鼈冊诳梢姽鈪^(qū)具有相對較高的透過率，且種類豐富、原料易得。不同的光電應(yīng)用對銅鐵礦系列的功能材料有不同的要求。由于這類材料是由周期表中相鄰相近的元素組成相同或相似的晶體結(jié)構(gòu)，因此很容易通過元素替代設(shè)計(jì)獲得新的半導(dǎo)體材料，并且可以很好地沉積在廉價(jià)的基底如玻璃的表面上。

Kawazoe等首次報(bào)道了用脈沖激光沉積技術(shù)(PLD)制備的銅鐵礦結(jié)構(gòu)的?CuA1O₂薄膜，室溫下的帶隙寬度為3.5eV，當(dāng)膜厚達(dá)500nm的情況下,可見光透射率仍達(dá)到80％，因此提供了一條設(shè)計(jì)P型透明導(dǎo)電氧化物的思路，使銅鐵礦結(jié)構(gòu)氧化物成為光電領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。CuNiO₂帶隙寬度約為E_g＝2.5eV，具有良好的載流子遷移率、光學(xué)透明。2017年，K.Ravindra等人采用直流反應(yīng)磁控濺射技術(shù)沉積了CuNiO₂薄膜，研究退火溫度對其光電性能的影響(Materials?Today:?Proceedings?4(2017)12505–12511)。這種物理沉積需要昂貴的儀器設(shè)備，且操作困難。2019年，Chang-Seob?Song等人采用了水熱法制備了納米片狀的CuNiO₂異質(zhì)結(jié)構(gòu)，尺寸大約為200nm(Journal?of?Energy?Storage?26(2019)101037)。將其用于超級(jí)電容器的高活性電極材料。目前還未曾報(bào)道過將CuNiO₂應(yīng)用于鈣鈦礦太陽能電池領(lǐng)域。

發(fā)明內(nèi)容