[發(fā)明專利]一種氟化界面層修飾的低溫碳基無機(jī)鈣鈦礦太陽能電池、其制備方法及應(yīng)用

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210540492.8
• 申請(qǐng)日: 2022-05-17
• 公開（公告）號(hào): CN115000209A
• 公開（公告）日: 2022-09-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 臺(tái)啟東;張祥;張丹
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L31/032
• 分類號(hào): H01L31/032;H01L31/0392;H01L31/068;H01L31/18
• 代理公司: 武漢科皓知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 石超群

本發(fā)明涉及新型太陽能電池的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種氟化界面層修飾的低溫碳基無機(jī)鈣鈦礦太陽能電池、其制備方法及應(yīng)用，所述電池結(jié)構(gòu)從下到上依次為透明導(dǎo)電襯底、電子傳輸層、氟化界面層、無機(jī)鈣鈦礦吸光層和碳電極；所述氟化界面層為三氟乙酸鉀。本發(fā)明使用三氟乙酸鉀作為低溫碳基無機(jī)鈣鈦礦太陽能電池中電子傳輸層與無機(jī)鈣鈦礦吸光層之間的氟化界面層，優(yōu)化了電子傳輸層和無機(jī)鈣鈦礦吸光層的薄膜質(zhì)量，降低了兩者之間的界面能級(jí)差，抑制了電荷非輻射復(fù)合，促進(jìn)了電子的傳輸和提取，對(duì)于提高低溫碳基無機(jī)鈣鈦礦太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性具有重要意義。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及新型太陽能電池的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種氟化界面層修飾的低溫碳基無機(jī)鈣鈦礦太陽能電池、其制備方法及應(yīng)用。

背景技術(shù)

2009年發(fā)展至今，有機(jī)-無機(jī)雜化鈣鈦礦太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率(PCE)從最初的3.8％提高到認(rèn)證的25.7％。然而，由于有機(jī)陽離子的分解和揮發(fā)，雜化鈣鈦礦在高溫、潮濕等惡劣環(huán)境下不穩(wěn)定。CsPbX₃(X＝I、Br或混合鹵化物)無機(jī)鈣鈦礦可以解決上述問題并取得了一些進(jìn)展。不幸的是，高效的無機(jī)鈣鈦礦太陽能電池普遍使用有機(jī)空穴傳輸層(HTL)和貴金屬電極(Au或Ag)。除了價(jià)格昂貴，HTL中的吸濕性添加劑加速了器件退化。金屬電極因離子遷移也會(huì)受到腐蝕。為了克服上述不穩(wěn)定性因素，無HTL的碳基無機(jī)鈣鈦礦太陽能電池脫穎而出。除了成本低、工藝簡單和功函數(shù)合適外，疏水碳電極還可以防止無機(jī)鈣鈦礦被水分侵蝕。因此，碳基無機(jī)鈣鈦礦太陽能電池表現(xiàn)出巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

由于具有合適的帶隙和相結(jié)構(gòu)，CsPbI₂Br無機(jī)鈣鈦礦可以在PCE和穩(wěn)定性之間取得平衡，遺憾地是，其通常需要高溫(＞250℃)制備，這不僅增加了能源消耗和生產(chǎn)成本，而且不適用柔性基底。更重要的是碳基CsPbI₂Br無機(jī)鈣鈦礦太陽能電池的PCE遠(yuǎn)低于基于金屬電極/HTL的器件，這主要?dú)w因于較差的薄膜質(zhì)量和較大的界面能級(jí)差。

界面修飾是提高薄膜質(zhì)量和優(yōu)化界面能級(jí)排列的有效策略之一。目前，大部分研究只關(guān)注CsPbI₂Br和碳電極之間的界面，卻忽視了電子傳輸層與CsPbI₂Br之間的界面。電子傳輸層表面富含氧空位等缺陷，其造成的非輻射復(fù)合損失遠(yuǎn)高于頂部界面。另外，鈣鈦礦薄膜的成核和結(jié)晶很大程度上受底部界面性質(zhì)的影響，比如粗糙度，潤濕性等。

基于以上考慮，特提出此發(fā)明。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的之一在于提供一種氟化界面層修飾的低溫碳基無機(jī)鈣鈦礦太陽能電池，使用三氟乙酸鉀(KTFA)作為電子傳輸層與無機(jī)鈣鈦礦吸光層之間的氟化界面層，優(yōu)化了電子傳輸層和無機(jī)鈣鈦礦吸光層的薄膜質(zhì)量，降低了兩者之間的界面能級(jí)差，抑制了電荷非輻射復(fù)合，促進(jìn)了電子的傳輸和提取。

本發(fā)明的目的之二在于提供一種氟化界面層修飾的低溫碳基無機(jī)鈣鈦礦太陽能電池的制備方法，制備工藝簡便，易于調(diào)節(jié)。

本發(fā)明的目的之三在于提供一種氟化界面層修飾的低溫碳基無機(jī)鈣鈦礦太陽能電池的應(yīng)用。

本發(fā)明實(shí)現(xiàn)目的之一所采用的方案是：一種氟化界面層修飾的低溫碳基無機(jī)鈣鈦礦太陽能電池，所述電池結(jié)構(gòu)從下到上依次為透明導(dǎo)電襯底、電子傳輸層、氟化界面層、無機(jī)鈣鈦礦吸光層和碳電極；所述氟化界面層為三氟乙酸鉀。

優(yōu)選地，所述透明導(dǎo)電襯底為ITO導(dǎo)電玻璃或FTO導(dǎo)電玻璃。

優(yōu)選地，所述電子傳輸層為SnO₂層；所述無機(jī)鈣鈦礦吸光層為CsPbI₂Br。

本發(fā)明實(shí)現(xiàn)目的之二所采用的方案是：一種所述的氟化界面層修飾的低溫碳基無機(jī)鈣鈦礦太陽能電池的制備方法，包括以下步驟：