[發(fā)明專利]三維結構的無鉛錫基鈣鈦礦薄膜及其太陽能電池的制備方法

在審

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• 申請日: 2021-12-30
• 公開（公告）號: CN114583061A
• 公開（公告）日: 2022-06-03
• 發(fā)明（設計）人: 冉晨鑫;孫楠;高蔚茵;陳永華;黃維
• 申請（專利權）人: 西北工業(yè)大學
• 主分類號: H01L51/48
• 分類號: H01L51/48;H01L51/46;H01L51/42
• 代理公司: 西安凱多思知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 61290
• 代理人: 王鮮凱

本發(fā)明涉及一種三維結構的無鉛錫基鈣鈦礦薄膜及太陽能電池制備方法，通過甲酰胺碘鹽提高錫基鈣鈦礦太陽能電池穩(wěn)定性的方法；將甲酰胺碘鹽、甲脒碘鹽、碘化亞錫、氟化亞錫混合后溶于極性有機溶劑中，得到前驅(qū)體溶液；將所述前驅(qū)體溶液旋涂于鈣鈦礦基底后，進行退火，得到錫基鈣鈦礦薄膜。本發(fā)明的有益效果包括：本發(fā)明使用的甲酰胺碘鹽原料廉價、易于制備獲取；本發(fā)明操作簡便，通過直接向錫基鈣鈦礦前驅(qū)體溶液中添加少量甲酰胺碘鹽，即可得到良好的鈣鈦礦薄膜，易于滿足大規(guī)模生產(chǎn)制造需求；本發(fā)明經(jīng)甲酰胺碘鹽改性得到的無鉛錫基鈣鈦礦太陽能電池效率顯著提升，且未封裝器件在暴露氧氣條件下，經(jīng)過6000小時器件效率無衰減。

技術領域

本發(fā)明屬于光電材料與器件技術領域，涉及一種三維結構的無鉛錫基鈣鈦礦薄膜及的太陽能電池制備方法。

背景技術

目前傳統(tǒng)燃料能源的短缺問題及其產(chǎn)生的排放物造成的環(huán)境問題日益突出。因此，發(fā)展可再生清潔能源成為解決目前日益嚴重的能源短缺和環(huán)境污染問題的重要方法之一，其中太陽能以其儲量豐富、綠色清潔、可再生的獨特優(yōu)勢而成為人們關注的焦點。現(xiàn)有的晶硅光伏器件具有光電轉(zhuǎn)換效率高，穩(wěn)定性好等優(yōu)點，但是材料成本較高、工藝復雜，阻礙了其進一步發(fā)展。因此發(fā)展和尋找更低成本的光電轉(zhuǎn)換材料成為近年來光伏領域的熱點。

新型有機無機雜化鈣鈦礦材料因其具有寬吸收范圍、低缺陷密度、高吸收系數(shù)、長載流子擴散距離、小的激子結合能等優(yōu)異的光電性能在新型太陽能電池的開發(fā)和利用中極具潛力。在短短的11年內(nèi)，鈣鈦礦太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率從2009年的3.8％迅速提升到2020年的25.5％。這種驚人的速度是前所未有的。此外，鈣鈦礦光伏器件可通過簡單的低溫溶液法制備，制備工藝簡單，大大降低了生產(chǎn)成本，且可實現(xiàn)大面積制備，產(chǎn)業(yè)化前景巨大。但是，目前高效率的鈣鈦礦材料通常含有重金屬元素鉛Pb，而鉛會對環(huán)境和人體都產(chǎn)生較大的危害，因此尋找一種可以替代鉛的元素成為一項新的研究課題。

近年來，國內(nèi)外在低毒或無毒鈣鈦礦光吸收材料的開發(fā)方面進行了大量研究，其中錫基鈣鈦礦被認為是最有可能的替代材料。錫與鉛化學性質(zhì)相似，錫基鈣鈦礦的帶隙更接近于理想帶隙，具有更高的能量轉(zhuǎn)換效率。然而，由于二價錫離子極容易被氧化，從而導致薄膜存在成膜質(zhì)量差、缺陷密度大、穩(wěn)定性差等問題，制備的太陽能電池器件光電轉(zhuǎn)化效率較低且穩(wěn)定性較差。

發(fā)明內(nèi)容

要解決的技術問題

為了避免現(xiàn)有技術的不足之處，本發(fā)明提出一種三維結構的無鉛錫基鈣鈦礦薄膜及太陽能電池制備方法，具體通過向甲脒錫碘鈣鈦礦前驅(qū)體溶液中加入甲酰胺碘鹽，甲酰胺碘鹽發(fā)揮雙功能配位作用，能夠同時與甲脒基團和二價錫離子發(fā)生相互作用，在前驅(qū)體溶液中連接準鈣鈦礦膠束增大膠束尺寸，調(diào)控錫基鈣鈦礦薄膜的結晶過程，減少了缺陷的形成和Sn空位的產(chǎn)生，從而提高錫基鈣鈦礦薄膜質(zhì)量和穩(wěn)定性。

技術方案

一種三維結構的無鉛錫基鈣鈦礦薄膜的制備方法，其特征在于步驟如下：

步驟1、制備前驅(qū)體溶液；將甲脒碘鹽、碘化亞錫、甲酰胺碘鹽溶于極性有機溶劑中，同時加入氟化亞錫作為抗氧化劑，攪拌至完全溶解制備無鉛錫基鈣鈦礦前驅(qū)體溶液；

所述甲脒碘鹽、碘化亞錫、甲脒碘鹽以及氟化亞錫的摩爾比例為0.9︰1︰0.1︰0.1；

步驟2：在已經(jīng)沉積有空穴傳輸層的ITO透明導電玻璃基底上，將無鉛錫基鈣鈦礦前驅(qū)體溶液旋涂沉積得到無鉛錫基鈣鈦礦薄膜；

步驟3：采用梯度退火的方式，得到三維結構的無鉛錫基鈣鈦礦薄膜。

所所述極性有機溶劑為N,N-二甲基甲酰胺DMF，二甲基亞砜DMSO中的一種或兩種。述無鉛錫基鈣鈦礦前驅(qū)體溶液的濃度為0.7-0.9mmol/mL。

所述步驟2中，采用一步反溶劑旋涂法沉積錫基鈣鈦礦薄膜。

所述反溶劑為氯苯。