[發明專利]基于下轉換材料的柔性鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法

在審

• 申請號: 202210503315.2
• 申請日: 2022-05-10
• 公開（公告）號: CN114883494A
• 公開（公告）日: 2022-08-09
• 發明（設計）人: 詹義強;蔚安然;李曉果
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/44;H01L51/48
• 代理公司: 上海德昭知識產權代理有限公司 31204
• 代理人: 陳龍梅

本發明提供了一種基于下轉換材料的柔性鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法，該柔性鈣鈦礦太陽能電池是由下轉換層、柔性導電襯底、電子傳輸層、鈣鈦礦吸光層、空穴傳輸層和頂電極自下而上依次層疊而成。本發明將下轉換層置于柔性導電襯底之前，避免了下轉換材料在電池結構內部引起的缺陷、能級不匹配以及額外傳輸電阻的問題，保障了柔性鈣鈦礦太陽能電池的高效性和穩定性，而且本發明的柔性鈣鈦礦太陽能電池的下轉換材料在透明電極的外側，可以吸收更多的紫外光，提高了紫外光到可見光的利用率，增大了光譜利用范圍，從而提高太陽能電池光電轉換效率和光穩定性。

技術領域

本發明屬于太陽能電池領域，具體涉及一種基于下轉換材料的柔性鈣鈦礦太陽能電池以及該柔性鈣鈦礦太陽能電池的制備方法。

背景技術

隨著環境的日益惡化，發展高效清潔的可再生能源迫在眉睫。近年來，有機無機雜化鈣鈦礦太陽能電池因其優異的光電特性受到研究者的廣泛關注，其效率也已經接近晶體硅太陽能電池，達到了25.7％。此外，由于鈣鈦礦太陽能電池采用低溫制備工藝，因此可以很好地兼容塑料柔性襯底，是實現高效柔性太陽能電池的理想材料。與剛性鈣鈦礦太陽能電池相比，柔性鈣鈦礦太陽能電池因其良好的柔韌性與重量輕的特點，在便攜式移動設備、光伏建筑一體化以及航空等方面具有廣闊的應用前景。目前常用的柔性塑料襯底為聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)，其中PEN因其更加優秀的氣體阻隔特性、化學穩定性以及更好的耐溫性常被用來制備高效柔性鈣鈦礦太陽能電池。但是PEN能夠有效的吸收380nm以下的太陽光，會導致300～380nm的光能損失，為了減少光能損失，可以采用下轉換材料將紫外光轉換為可見光，從而提高鈣鈦礦的光譜利用范圍。

中山大學申請的專利“一種以下轉換材料界面修飾的太陽能電池及其制備方法”(申請號：CN201810980620.4申請公開號：CN109273600A)中公開了一種具有下轉換材料修飾的鈣鈦礦太陽能電池的制備方法。該專利中提出的下轉換材料位于電子傳輸層與鈣鈦礦層之間，會造成潛在的界面缺陷、界面載流子傳輸電阻以及界面能級不匹配的問題，導致鈣鈦礦太陽能電池效率下降，另一方面，該方法采用的電子傳輸層為二氧化鈦(TiO₂)，在紫外光的照射下會加速鈣鈦礦的分解，影響器件的穩定性。

西安電子科技大學申請的專利“基于下轉換層的鈣鈦礦太陽能電池及制備方法”(申請號：CN202010860896.6公開號：CN111987220A)中公開了一種基于下轉換層的鈣鈦礦太陽能電池的制備方法。該專利中提出的下轉換材料位于透明電極和電子傳輸層之間，該方法同樣是在電池內部額外引入一層下轉換層，在光電轉換過程中，光生載流子就需要克服下轉換層導致的額外電阻，不利于高效太陽能電池的實現，另一方面透明電極ITO也對紫外光有一部分吸收，將下轉換材料置于透明電極之后會限制其對紫外光的利用率。

發明內容

為解決現有技術的問題，提高鈣鈦礦太陽能電池的光譜利用范圍，從而提高器件光電轉換效率以及穩定性，本發明提供了一種基于下轉換材料的柔性鈣鈦礦太陽能電池及制備方法。

本發明的具體技術方案如下：

本發明提供的基于下轉換材料的柔性鈣鈦礦太陽能電池，其特征在于，由下轉換層、柔性導電襯底、電子傳輸層、鈣鈦礦吸光層、空穴傳輸層和頂電極自下而上依次層疊而成。

本發明提供的基于下轉換材料的柔性鈣鈦礦太陽能電池，還可以具有這樣的技術特征，其中，下轉換層的材料為有機熱激活延遲熒光材料。

本發明提供的基于下轉換材料的柔性鈣鈦礦太陽能電池，還可以具有這樣的技術特征，其中，柔性導電襯底為PEN/ITO。

本發明提供的基于下轉換材料的柔性鈣鈦礦太陽能電池，還可以具有這樣的技術特征，其中，電子傳輸層為氧化錫。