[發明專利]一種具有多功能離子鹽表面處理錫基鈣鈦礦薄膜的錫基鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法

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• 申請號: 202211060249.2
• 申請日: 2022-08-30
• 公開（公告）號: CN115568232A
• 公開（公告）日: 2023-01-03
• 發明（設計）人: 尹龍衛;李輝
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: H10K30/40
• 分類號: H10K30/40;H10K71/12;H10K85/50;H10K30/88
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 韓獻龍

本發明提供一種具有多功能離子鹽表面處理錫基鈣鈦礦薄膜的錫基鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法。本發明太陽能電池包括從下至上依次排列的導電襯底、空穴傳輸層、多功能離子鹽表面處理錫基鈣鈦礦薄膜、電子傳輸層以及金屬對電極層；所述多功能離子鹽表面處理錫基鈣鈦礦薄膜的制備方法包括步驟：將馬來酰亞胺基己酰肼單(三氟乙酸)鹽的異丙醇溶液旋涂在錫基鈣鈦礦薄膜表面上，然后經退火處理即得。本發明方法實現了對錫基鈣鈦礦薄膜上表面帶電缺陷有效的鈍化，從而提高載流子壽命及薄膜穩定性；同時調節表面能級排列以實現體相到表面的帶彎曲，提高界面電子注入與傳輸效率。本發明方法有效地提高了太陽能電池的光電轉換效率及穩定性。

技術領域

本發明屬于鈣鈦礦太陽能電池技術領域，具體涉及一種具有多功能離子鹽表面處理錫基鈣鈦礦薄膜的錫基鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法。

背景技術

近些年來，作為光伏發電領域的后起之秀的鈣鈦礦太陽能電池迅猛發展，光電轉換效率從2009年首次報道的3.8％快速攀升至目前的25.7％，可以與商業化的硅基太陽能電池相媲美。然而穩定性和環境友好兼容性是鈣鈦礦光伏器件產業化面臨的兩大問題。目前報道的高效率的有機-無機雜化鈣鈦礦太陽能電池是基于鉛基鈣鈦礦材料，不可避免的存在鉛泄漏的問題，因此亟需尋求一種綠色無毒的無鉛鈣鈦礦材料。

目前所研究的無鉛鈣鈦礦材料中，錫基鈣鈦礦材料由于具有與鉛基鈣鈦礦相似的電子及晶體結構、較低的激子結合能及窄的光學帶隙，被認為是替代鉛基鈣鈦礦最具潛力的無鉛鈣鈦礦材料之一。但是一方面，二價錫易氧化為四價錫，更為嚴重的是由于錫基鈣鈦礦過快的結晶造成的表面大量未配位的離子缺陷，會加速二價錫的氧化，造成嚴重的非輻射復合損失，損害薄膜的穩定性。另一方面由于高密度的錫空位造成的P型自摻雜效應，在鈣鈦礦與電子傳輸層界面存在較大的電子傳輸勢壘，造成界面載荷復合損失，嚴重影響器件性能。

為了解決上述問題，提出本發明。

發明內容

針對錫基鈣鈦礦薄膜表面高缺陷態密度、二價錫容易氧化及P型自摻雜造成的鈣鈦礦/電子傳輸層界面載荷復合損失嚴重的技術問題，本發明提供一種具有多功能離子鹽表面處理錫基鈣鈦礦薄膜的錫基鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法。本發明方法是在錫基鈣鈦礦薄膜上表面引入馬來酰亞胺基己酰肼單(三氟乙酸)離子鹽鈍化層，實現對上表面帶電缺陷有效的鈍化，從而提高載流子壽命及薄膜穩定性；同時調節表面能級排列以實現體相到表面的帶彎曲，提高界面電子注入與傳輸效率；此外疏水的三氟甲基基團及長鏈烷基在錫基鈣鈦礦薄膜表面形成疏水屏障。本發明上述離子鹽表面處理策略有效地提高了錫基鈣鈦礦太陽能電池的光電轉換效率及穩定性。

本發明的技術方案如下：

一種具有多功能離子鹽表面處理錫基鈣鈦礦薄膜的錫基鈣鈦礦太陽能電池，包括從下至上依次排列的導電襯底、空穴傳輸層、多功能離子鹽表面處理錫基鈣鈦礦薄膜、電子傳輸層以及金屬對電極層；

所述多功能離子鹽表面處理錫基鈣鈦礦薄膜的制備方法包括步驟：將馬來酰亞胺基己酰肼單(三氟乙酸)鹽的異丙醇溶液旋涂在錫基鈣鈦礦薄膜表面上，然后經退火處理即得多功能離子鹽表面處理錫基鈣鈦礦薄膜。

根據本發明，導電襯底、空穴傳輸層、電子傳輸層以及金屬對電極層按現有技術即可。

根據本發明優選的，導電襯底為氧化銦錫(ITO)透明導電襯底。

根據本發明優選的，空穴傳輸層為聚(3,4-亞乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)(PEDOT:PSS)，厚度為30-40nm。

根據本發明優選的，電子傳輸層從下至上由富勒烯(C₆₀)層、2,9-二甲基-4,7-聯苯-1,10-鄰二氮雜菲(BCP)層構成；富勒烯(C₆₀)層的厚度為20-40nm，2,9-二甲基-4,7-聯苯-1,10-鄰二氮雜菲(BCP)層的厚度為4-6nm。

根據本發明優選的，金屬對電極層為銀(Ag)對電極，厚度為80-120nm。