[發明專利]一種鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法

在審

• 申請號: 202310065824.6
• 申請日: 2023-01-16
• 公開（公告）號: CN116075163A
• 公開（公告）日: 2023-05-05
• 發明（設計）人: 孫志剛;鎖真陽;邵君;王學雷
• 申請（專利權）人: 無錫極電光能科技有限公司
• 主分類號: H10K30/50
• 分類號: H10K30/50;C23C14/35;C23C14/08;C23C14/54;H10K30/15;H10K71/00
• 代理公司: 北京三聚陽光知識產權代理有限公司 11250
• 代理人: 趙永麗

本發明提供一種鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法，鈣鈦礦太陽能電池的制備方法包括以下步驟：在襯底的一側表面形成第一電極層；采用磁控濺射工藝在第一電極層的一側表面形成NiOsubgt;x/subgt;層，靶材為氧化鎳靶材，磁控濺射過程中向磁控濺射腔室通入氧氣，氧氣流量為4.5sccm～15sccm，氧氣溫度為100℃～140℃。上述NiOsubgt;x/subgt;層制備方法有利于氧氣分子摻雜到氧化鎳膜中，從而不需通入過多的氧氣即可達到所需的氧摻雜程度，便于精確控制NiOsubgt;x/subgt;層的摻氧量；磁控濺射腔室內氧氣含量低能夠避免NiOsubgt;x/subgt;層發生過度氧摻雜，保證了鈣鈦礦太陽能電池的光電轉換效率；上述NiOsubgt;x/subgt;層制備方法還提高了磁控濺射腔室內氧氣分布的均勻性，從而提高了NiOsubgt;x/subgt;層的摻氧量的均一性，進而提高了鈣鈦礦太陽能電池的性能均一性。

技術領域

本發明涉及鈣鈦礦太陽能電池技術領域，具體涉及一種鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法。

背景技術

隨著全球生態環境和能源短缺問題的日益嚴峻，光伏發電受到廣泛關注。相較于傳統的硅基太陽能電池，鈣鈦礦太陽能電池具有制作工藝簡單、低成本、可制作柔性器件的優點，在短短幾年時間內，其效率進展比肩了硅太陽能電池在幾十年間的效率突破，顯示出具有巨大的潛力。如此驚人的發展主要歸功于光吸收層的鈣鈦礦材料獨特的光電特性，如直接帶隙、光吸收范圍廣、激子結合能低、載流子擴散長度長、載流子穩定性長以及雙極載流子遷移率。鈣鈦礦太陽能電池包括正式結構和反式結構。與正式結構相比，反式結構具有易于緩解的滯后行為和長期穩定性，更易于實現商業化應用。反式結構中，空穴傳輸層的沉積位于光吸收層的沉積之前，因此空穴傳輸層的表面性能會直接影響光吸收層的沉積質量。

目前，反式鈣鈦礦太陽能電池中空穴傳輸層的材料包括聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)、以及NiO_x、CuO、MoO₃等P型金屬氧化物，其中，PEDOT:PSS不僅價格昂貴還具有吸濕性，能夠顯著加快鈣鈦礦吸光層的分解，嚴重危害鈣鈦礦太陽能電池的穩定性，而P型金屬氧化物不僅價格低還具有優異的化學穩定性，被視為PEDOT:PSS的替代材料。而采用NiO_x作為空穴傳輸層所制備的反式鈣鈦礦太陽能電池目前所獲得的光電轉換效率最佳。目前，NiO_x層主要采用磁控濺射法制備。

然而，目前的磁控濺射工藝不易精確控制NiO_x層中Ni³⁺的含量，不利于提升鈣鈦礦太陽能電池的光電轉換效率。

發明內容

因此，本發明要解決的技術問題在于如何避免NiO_x層發生過度氧摻雜，從而提供一種鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法。

本發明提供一種鈣鈦礦太陽能電池的制備方法，包括以下步驟：提供襯底；在所述襯底的一側表面形成第一電極層；采用磁控濺射工藝在所述第一電極層背離所述襯底的一側表面形成NiO_x層，靶材為氧化鎳靶材，在磁控濺射過程中向磁控濺射腔室通入氧氣，氧氣的流量為4.5sccm～15sccm，氧氣的溫度為100℃～140℃。

可選的，在磁控濺射過程中，向所述磁控濺射腔室內通入反應氣體，所述反應氣體包括惰性氣體和所述氧氣，所述反應氣體中氧氣的比例為1.5％～3％。

可選的，在制備NiO_x層的過程中還包括：對所述磁控濺射腔室進行加熱，至所述磁控濺射腔室的溫度為100℃～140℃。

可選的，所述磁控濺射腔室的溫度與所述氧氣的溫度相同。

可選的，在磁控濺射過程中，所述磁控濺射腔室的氣壓為0.5Pa～0.8Pa；在向所述磁控濺射腔室通入氣體之前，所述磁控濺射腔室的真空度不超過3×10^-3Pa。