[發(fā)明專利]一種基于單層二維-三維-二維漸變結構鈣鈦礦薄膜的太陽電池

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• 申請日: 2021-12-13
• 公開（公告）號: CN114300620A
• 公開（公告）日: 2022-04-08
• 發(fā)明（設計）人: 李美成;黃浩;閆路遙;瞿樹杰;王欣欣;杜淑賢;崔鵬;紀軍;劉本玉;劉家梁;趙志國
• 申請（專利權）人: 華北電力大學;華能集團技術創(chuàng)新中心有限公司
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/44;H01L51/48
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• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明屬于鈣鈦礦太陽電池技術領域。本發(fā)明提出了一種基于單層二維?三維?二維漸變結構鈣鈦礦薄膜的太陽電池，所述太陽電池結構自下而上依次為：玻璃基底、FTO透明電極、電子傳輸層、二氧化鈦介孔層、二維?三維?二維漸變結構鈣鈦礦薄膜、空穴傳輸層、金屬電極。本發(fā)明通過胺基大分子摻入鈣鈦礦薄膜兩層邊緣，形成二維?三維?二維漸變結構鈣鈦礦薄膜，二維?三維?二維漸變結構的形成能夠有效地加強鈣鈦礦與電子傳輸層的連接，鈍化電池界面缺陷，隔絕空氣中的水氧，提高電池水氧環(huán)境下的工作穩(wěn)定性，從而實現(xiàn)高效穩(wěn)定鈣鈦礦太陽電池的制備，有利于鈣鈦礦太陽電池的商業(yè)化應用。

技術領域

本發(fā)明屬于鈣鈦礦太陽電池技術領域，具體涉及一種基于單層二維-三維-二維漸變結構鈣鈦礦薄膜的太陽電池。

背景技術

近年來，有機無機雜化鈣鈦礦太陽電池憑借其高的光電轉換效率，低的制備成本，收到科研界和產業(yè)界的廣泛關注，展現(xiàn)出廣闊的應用前景，具有誘人的商業(yè)化潛力。在當前高效率的鈣鈦礦太陽電池中，所使用的鈣鈦礦材料主要為三維有機無機雜化鈣鈦礦材料，三維鈣鈦礦材料具有高光吸收系數(shù)、長載流子壽命、帶隙可調的優(yōu)點，然而環(huán)境耐受性差，受溫度，濕度，光照等因素影響較大，這一性質使得基于三維鈣鈦礦材料的鈣鈦礦太陽電池工作無法長時間穩(wěn)定運行，限制了鈣鈦礦太陽電池的商業(yè)化應用。

相對三維鈣鈦礦材料，二維鈣鈦礦材料由于其八面體結構被有機大陽離子隔離，表現(xiàn)出良好的水、氧穩(wěn)定性。此外，二維鈣鈦礦材料本身覆蓋性好，能夠與相鄰層緊密接觸，降低器件界面缺陷。因此，為進一步提升鈣鈦礦太陽電池光電效率和穩(wěn)定性，制備出基于二維- 三維-二維漸變結構鈣鈦礦薄膜的太陽電池展現(xiàn)出良好的研究潛力。

在鈣鈦礦薄膜的下側區(qū)域，相比傳統(tǒng)鈣鈦礦/二氧化鈦介孔層界面，二維鈣鈦礦/二氧化鈦介孔層接觸更緊密，二維鈣鈦礦層作為界面修飾層還可鈍化界面缺陷，抑制離子遷移，有利于開路電壓的提高。在鈣鈦礦薄膜的上側區(qū)域，三維鈣鈦礦薄膜上覆蓋二維鈣鈦礦薄膜，不僅能夠隔絕水、氧，還可以鈍化鈣鈦礦吸光層與空穴傳輸層之間的界面缺陷，從而在保證材料穩(wěn)定性的同時提升器件的光電轉換效率。因此，新型二維-三維-二維鈣鈦礦結構的有機無機雜化鈣鈦礦太陽電池可以同時在光電轉換效率和穩(wěn)定性方面提升電池性能，具有良好的研究潛力和商業(yè)化應用前景。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是提出一種基于單層二維-三維-二維漸變結構鈣鈦礦薄膜的太陽電池，所述太陽電池結構自下而上依次為：玻璃基底、 FTO透明電極、二氧化鈦電子傳輸層、二氧化鈦介孔層、二維-三維- 二維漸變結構鈣鈦礦薄膜、空穴傳輸層、金屬電極。本發(fā)明提供的基于單層二維-三維-二維漸變結構鈣鈦礦薄膜的太陽電池，能夠通過二維結構鈣鈦礦層的引入，有效地鈍化電池中界面缺陷，隔絕水氧對鈣鈦礦層的影響，提高鈣鈦礦太陽電池電池的光電轉化效率和穩(wěn)定性。

本發(fā)明具體采用的技術方案如下：

1.在潔凈的FTO基底上制備電子傳輸層。其中電子傳輸層為氧化錫電子傳輸層和二氧化鈦電子傳輸層中的任意一種，電子傳輸層厚度在20～100nm之間。

2.在FTO/電子傳輸層上制備二氧化鈦介孔層。二氧化鈦介孔層的厚度在30～150nm之間，內部為介孔結構，可以吸附和容納胺基分子。

3.制備吸附有胺鹽的FTO/電子傳輸層/二氧化鈦介孔層基底，其包含的具體步驟為：

a.配置胺鹽溶液，作為溶質的胺鹽為苯乙胺、正丁胺、辛基胺、芐基胺、己胺中的任意一種，溶劑為異丙醇，溶液濃度在5～50 mmol/ml之間。

b.在FTO/電子傳輸層/二氧化鈦介孔層基底上旋涂配置好的胺鹽溶液，轉速在1000～6000rpm之間，時間在10～100s，旋涂完，將基底放在加熱臺上加熱，加熱溫度在40℃～80℃之間，加熱時間在 5～30min之間；