[發(fā)明專利]一種以石墨氮化碳g-C3

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• 申請日: 2022-07-19
• 公開（公告）號: CN115332448A
• 公開（公告）日: 2022-11-11
• 發(fā)明（設計）人: 於黃忠;余波
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H01L51/46
• 分類號: H01L51/46;H01L51/44;H01L51/48
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 江裕強

本發(fā)明公開了一種以石墨氮化碳g?C₃N₅摻雜活性層的鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法。該器件包括依次層疊設置的陽極層、空穴傳輸層、活性層、電子傳輸層以及陰極基底，所述活性層為摻雜了石墨氮化碳g?C₃N₅的鈣鈦礦層。摻入的石墨氮化碳g?C₃N₅可以鈍化活性層的體缺陷和界面缺陷，能夠有效地降低電荷復合，提高電荷的傳輸和收集；還可以促進鈣鈦礦薄膜結晶，提高其中的載流子濃度，改善薄膜的光電性能；并提升鈣鈦礦薄膜的疏水性，增強器件的穩(wěn)定性。本發(fā)明將石墨氮化碳g?C₃N₅溶液與鈣鈦礦前驅(qū)體溶液進行共混，后加以旋涂成膜，工藝簡單、成本低廉，可直接大批量生產(chǎn)，具有很好的應用前景。

技術領域

本發(fā)明涉及太陽能電池領域，尤其涉及一種以石墨氮化碳g-C₃N₅摻雜活性層的鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法。

背景技術

在過去的幾十年里，鹵化物鈣鈦礦太陽能電池以其超高的功率轉(zhuǎn)換效率(認證超過25％)和簡單的制造工藝逐漸占據(jù)光伏領域的主導地位，顯示出巨大的商業(yè)潛力。

鈣鈦礦太陽能電池這種優(yōu)異性能的實現(xiàn)得益于其固有的優(yōu)點，其中最顯著的優(yōu)點是其可調(diào)諧帶隙、小的激子結合能、高的吸收系數(shù)和長的載流子擴散距離。然而，鈣鈦礦薄膜在制備過程中不可避免地存在大量的缺陷，這些缺陷通常作為界面非輻射復合中心去阻礙電荷的傳輸，這將導致鈣鈦礦太陽能電池的性能和穩(wěn)定性降低。

國外科學家Minjin Kim等人在國際頂尖Science雜志上報道了關于鈣鈦礦太陽能電池的界面工程的最新進展，并且取得了25.4％的認證轉(zhuǎn)化效率(Minjin Kim,JaekiJeong,Haizhou Lu et al,Conformal quantum dot–SnO₂ layers as electrontransporters for efficient perovskite solar cells,Science 2022,375,302)。然而，基于量子點的界面工程不僅工序較為復雜并且成本較高，不利于大規(guī)模的商業(yè)化應用。

因此，為了進一步提升鈣鈦礦薄膜的成膜質(zhì)量以提升其光電轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性能，現(xiàn)有技術有待進一步地提高和完善。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對目前鈣鈦礦太陽能電池的固有缺陷，采用成本低廉，清潔無污染的石墨氮化碳g-C₃N₅作為鈣鈦礦電池的添加劑，以提升鈣鈦礦薄膜的結晶質(zhì)量，促進電子-空穴的分離，最終改善鈣鈦礦太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性。

本發(fā)明通過以下技術方案來實現(xiàn)：

一種以石墨氮化碳g-C₃N₅摻雜活性層的鈣鈦礦太陽能電池，器件結構包括依次層疊設置的陽極層、空穴傳輸層、活性層、電子傳輸層以及陰極基底，所述活性層為摻雜了石墨氮化碳g-C₃N₅的鈣鈦礦層。

進一步的，所述陰極基底選自以銦錫氧化物(ITO)或摻雜氟的SnO₂(FTO)或摻Al的氧化鋅(AZO)為導電層的導電玻璃。

進一步的，所述電子傳輸層為TiO₂或SnO₂薄膜，所述電子傳輸層厚度為30～50nm。

進一步的，所述活性層為具有ABX_mY_3-m型晶體結構的材料，其中A為CH₃NH₃或C₄H₉NH₃；B為Pb或Sn；X、Y為Cl、Br或I；m為1、2或3。所述活性層厚度為150～300nm。