[發(fā)明專利]柔性鈣鈦礦太陽(yáng)能電池及其制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210926946.5
• 申請(qǐng)日: 2022-08-03
• 公開（公告）號(hào): CN115172613A
• 公開（公告）日: 2022-10-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 不公告發(fā)明人
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華碧新能源技術(shù)研究（蘇州）有限公司
• 主分類號(hào): H01L51/48
• 分類號(hào): H01L51/48;H01L51/46;C08J7/16;C08L83/04
• 代理公司: 上海圖靈知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 31393
• 代理人: 劉紅梅

本發(fā)明提供了一種柔性鈣鈦礦太陽(yáng)能電池及其制備方法，涉及鈣鈦礦太陽(yáng)能電池技術(shù)領(lǐng)域。所述柔性鈣鈦礦太陽(yáng)能電池包括從下到上依次疊加的基底層，第一電極層，第一傳輸層，鈣鈦礦層，第二傳輸層，第二電極層，包括如下步驟；通過加熱固化法得到PDMS薄膜后，采用等離子體處理，制備獲得PDMS親水膜；從第一電極層開始到第二電極層為止中的任意相鄰的上下界面，選擇其中的至少一組界面之間設(shè)置PDMS親水膜，通過PDMS熱壓使上下相鄰界面結(jié)合；移除PDMS親水膜。本發(fā)明通過分層制備各層薄膜，再將相鄰層之間進(jìn)行組合，降低了工藝難度，提高了生產(chǎn)效率，并且改善了溶液法制備過程中的溶劑不兼容現(xiàn)象，提升了鈣鈦礦太陽(yáng)能電池整體的穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鈣鈦礦太陽(yáng)能電池技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種柔性鈣鈦礦太陽(yáng)能電池及其制備方法。

背景技術(shù)

太陽(yáng)能作為幾乎取之不盡用之不竭的綠色能源，如何有效的利用太陽(yáng)能一直是科研的熱點(diǎn)。太陽(yáng)能電池至今已發(fā)展到第四代，他們分別是第一代晶體硅太陽(yáng)能電池、第二代化合物薄膜太陽(yáng)能電池、第三代聚合物太陽(yáng)能電池和第四代光敏化太陽(yáng)能電池。

鈣鈦礦太陽(yáng)能電池是第四代新型太陽(yáng)能電池，顯著提高了太陽(yáng)能電池效率。目前高效的單層鈣鈦礦電池由雙側(cè)電極，空穴層，電子層和鈣鈦礦層組成，鈣鈦礦電池的每一層的制備方法又包含有旋涂法、刮涂法、刷涂法、狹縫涂布法、真空蒸鍍法、原子層沉積等多種工藝手段。電池的性能一般取決于鈣鈦礦薄膜的質(zhì)量。

采用旋涂法，制備出的鈣鈦礦電池薄膜連續(xù)均勻、有光澤，這種方法只適用于小面積制備(一般10*10cm內(nèi))，浪費(fèi)過半的原材料；刮涂法一般用于大面積制備，但由于對(duì)環(huán)境、平整度等要求較高，制備出的鈣鈦礦薄膜缺陷較多，效率欠佳；真空蒸鍍法制備的薄膜均勻致密，但制備成本高，且工藝較復(fù)雜，生產(chǎn)率低。為追求高效的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，目前鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的制備方法中，溶液法是被廣泛應(yīng)用的方法，可以得到高效穩(wěn)定的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池。

溶液法是在基底材料(含柔性材料或剛性材料)上，選擇相同或不同的工藝逐層進(jìn)行制備。

比如，專利CN 107482122 B公開了一種鈣鈦礦太陽(yáng)能電池及制備方法。該鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，依次包括從下至上依次層疊的導(dǎo)電玻璃襯底、NiO_x空穴傳輸層、鈣鈦礦吸收層、電子傳輸層、緩沖層和金屬電極層，所述鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中各層均采用低溫溶液法制成，其中NiOx空穴傳輸層中共摻雜有Y³⁺與Mg²⁺/Cu²⁺。

又比如，專利CN 110518125 A公開了一種陽(yáng)離子摻雜鈣鈦礦太陽(yáng)能電池及其制備方法，屬于鈣鈦礦太陽(yáng)能電池領(lǐng)域。對(duì)所述鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的鈣鈦礦吸光層進(jìn)行陽(yáng)離子摻雜，在透明FTO導(dǎo)電玻璃襯底上旋涂SnO₂薄膜作為電子傳輸層，在電子傳輸層上用一步溶液法制備鈣鈦礦吸光層，在鈣鈦礦的前驅(qū)體溶液中摻入陽(yáng)離子，然后旋涂Spiro-OMeTAD作為空穴傳輸層，最后蒸鍍金電極制得陽(yáng)離子摻雜的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池。

上述專利通過摻雜改變半導(dǎo)體的光電特性，從而提升鈣鈦礦的光物理特性。然而溶液法制備也不乏缺陷。

溶液法制備鈣鈦礦薄膜一般需要熱退火處理以促進(jìn)結(jié)晶和生長(zhǎng),基于導(dǎo)電掃描探針技術(shù)的研究表明,熱退火在誘導(dǎo)薄膜結(jié)晶的同時(shí)也會(huì)引起材料晶界的融合,有效促進(jìn)電子和空穴在晶界處分裂。但與此同時(shí),熱誘導(dǎo)的應(yīng)力在本質(zhì)上也會(huì)引起鈣鈦礦材料結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性。

溶液法所制備的鈣鈦礦薄膜表面一般會(huì)存在一些孔洞；產(chǎn)生大量缺陷，促進(jìn)鈣鈦礦分解；溶液法經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)各層之間溶劑不兼容的現(xiàn)象，比如鈣鈦礦怕水，傳輸層溶劑多采用水性溶劑，導(dǎo)致吸光層發(fā)生降解現(xiàn)象，使電池的效率大幅度降低；還有各層之間的能級(jí)匹配問題，導(dǎo)致載流子在鈣鈦礦層與傳輸層之間傳輸受限制，從而影響鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的效率和穩(wěn)定性。

除各層的制備方法由于自身限制形成的薄膜缺陷，逐層制備還會(huì)導(dǎo)致在制備過程中出現(xiàn)溶劑不兼容，功能性降解等現(xiàn)象，且工藝復(fù)雜，成品合格率下降，設(shè)備投資大，生產(chǎn)效率低等情況。