[發明專利]一種大面積雙異質結鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法

在審

• 申請號: 202211407852.3
• 申請日: 2022-11-10
• 公開（公告）號: CN115884608A
• 公開（公告）日: 2023-03-31
• 發明（設計）人: 張昊
• 申請（專利權）人: 張昊
• 主分類號: H10K30/57
• 分類號: H10K30/57;H10K30/10;H10K30/88;H10K85/50
• 代理公司: 西安嘉思特知識產權代理事務所(普通合伙) 61230
• 代理人: 王丹

本發明公開了一種大面積雙異質結鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法，該太陽能電池包括透明玻璃襯底、ITO層、電子傳輸層、雙異質結鈣鈦礦層、空穴傳輸層以及金屬電極層。其制造成本較鈣鈦礦/晶硅疊層電池及全鈣鈦礦疊層電池更低，寄生效應更少，光損失更低。雙異質結鈣鈦礦層由三層帶隙可調的Sn、Pb基鈣鈦礦結構組成，雙異質結的鈣鈦礦層，吸收光譜更寬，更加容易與電子傳輸層和空穴傳輸層的能級匹配，同時光損失更低，轉換效率更高，雙異質結鈣鈦礦層由于能帶重疊的區域多，對光的利用率更高，能夠進一步提高功率轉換效率。同時對于鈣鈦礦層，保護層材料為2?莰酮含有醛基，起到鈍化表面缺陷的作用，能夠提高雙異質結鈣鈦礦層質量，提升轉換效率。

技術領域

本發明涉及太陽能電池技術領域，具體涉及一種大面積雙異質結鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法。

背景技術

太陽能是最有前途的可持續能源之一，如果能進行大規模利用，能夠緩解對化石燃料的過度依賴，并改善地球日益惡化的環境和氣候。有機-無機混合鈣鈦礦太陽能電池的功率轉換效率在過去十年的中從3.8％提高到25.7％，與單晶硅太陽能電池相當。雜化鈣鈦礦材料的成功來自于許多優良的性能，如高缺陷耐受性、高雙極電荷輸運、優異的載流子遷移率和低激子結合能。然而目前的鈣鈦礦太陽能電池已經接近單節電池27.5％的理論極限，因此為了進一步提高鈣鈦礦太陽能電池的轉換效率，越來越多的研究開始關注將晶硅電池或者鈣鈦礦電池與其它的高效率鈣鈦礦電池組成疊層電池。

從效率與成本兩方面考慮疊層電池，疊層電池主要分為鈣鈦礦/晶硅疊層電池與全鈣鈦礦疊層電池。鈣鈦礦/晶硅疊層電池主要分為兩端疊層與四端疊層，四端疊層的子電池制備相對獨立，子電池工作在最大功率點，帶隙選擇廣，但是對電極材料的要求更高，四個電極中需要使用三個透明電極，而且需要使用光學的功率器件，這將大大增加工藝成本。鈣鈦礦/晶硅兩端疊層電池優勢在于能夠與硅工藝兼容，盡管最高的轉換效率突破31％，但由于電流匹配問題，頂電池帶隙限制在大約1.67-1.8ev范圍，而且硅材料的成本較高，但這對于商業化來說較為不利。全鈣鈦礦疊層的優勢在于兩個子電池的帶隙都能夠靈活調節，能夠增大吸收光譜的寬度，減少光損失，另一個優勢在于成本較硅疊層更低。盡管最高的轉換效率突破28％，但是由于中間層的厚度較厚，帶來額外的光損失，制備過程中對薄膜的損傷較大，中間層的寄生效應較多，降低了轉換效率，以及中間層的制備需要濺射，蒸鍍等，使成本增加，不利于商業化。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提供了一種大面積雙異質結鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法。

在本發明的第一方面，提供了一種大面積雙異質結鈣鈦礦太陽能電池，包括：導電玻璃基底、電子傳輸層、雙異質結鈣鈦礦層、空穴傳輸層以及金屬電極層，其中，

所述雙異質結鈣鈦礦層由三層帶隙可調的Sn、Pb基鈣鈦礦結構組成。

所述鈣鈦礦層的結構通式為ABX₃，其禁帶寬度在1.2-2.2ev之間，A為陽離子且A選自MA、FA、Rb和Cs中的一種或多種；B為陽離子且B選自Pb、Sn中的一種或多種；C為陰離子且C選自Cl、Br、I的一種或多種。

在本發明的一個實施例中，所述雙異質結鈣鈦礦層的制備包括以下步驟：

將預定量的前驅體粉末溶解在非質子極性溶劑中，分別制成鈣鈦礦的第一層前驅體溶液、第二層前驅體溶液、第三層前驅體溶液；