[發明專利]一種全鈣鈦礦疊層太陽能電池及其制備方法

在審

• 申請號: 202310276686.6
• 申請日: 2023-03-21
• 公開（公告）號: CN116171053A
• 公開（公告）日: 2023-05-26
• 發明（設計）人: 趙德威;朱景偉;陳聰;羅易;賀銳
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: H10K30/20
• 分類號: H10K30/20;H10K71/12;H10K71/15;H10K71/40;H10K85/20;H10K30/82
• 代理公司: 成都正德明志知識產權代理有限公司 51360
• 代理人: 周蕓嬋

本發明公開了一種全鈣鈦礦疊層太陽能電池及其制備方法，屬于太陽能電池技術領域，該疊層太陽能電池寬帶隙頂電池中的空穴傳輸層材料與窄帶隙底電池中的空穴傳輸層材料相同，空穴傳輸層材料為具有自組裝特性的材料，具體為磷酸端基的SAM材料、羧酸端基的SAM材料、硫酸端基的SAM材料或異氰酸端基的SAM材料。該全鈣鈦礦疊層太陽能電池可有效改善現有的疊層太陽能電池所存在的制備工藝復雜、成本高以及嚴重的界面非輻射復合等問題。

技術領域

本發明屬于太陽能電池技術領域，具體涉及一種全鈣鈦礦疊層太陽能電池及其制備方法。

背景技術

太陽能電池作為一種可以直接把太陽能轉化成電能的裝置，在現有能源結構中占有重要的地位。其中鈣鈦礦太陽能電池因其突出的光電特性和簡易的制備流程，受到了人們的廣泛關注。目前，單結鈣鈦礦太陽能電池的認證效率已突破25.7％，但其效率的提升受到肖克萊-奎伊瑟(S-Q)極限(～33％)的限制。為充分利用太陽光譜，減少電池熱耗散，進而突破單結器件的S-Q極限，發展多結疊層鈣鈦礦太陽能電池極具前景。

兩端鈣鈦礦-鈣鈦礦(全鈣鈦礦)疊層太陽能電池通常由寬帶隙(1.7～1.9eV)頂電池和窄帶隙(1.0～1.3eV)底電池組成。雖然全鈣鈦礦疊層太陽能電池的效率已超過單結鈣鈦礦太陽能電池，但是嚴重的界面非輻射復合限制了其性能的進一步提升。為了降低這種損耗和制造成本，選擇合適的空穴傳輸材料至關重要?，F有技術中公開的全鈣鈦礦疊層太陽能電池中的寬帶隙和窄帶隙的空穴傳輸層材料通常分別為PTAA和PEDOT:PSS，即現有技術中的全鈣鈦礦疊層太陽電池中兩個子電池中分別采用了不同的空穴傳輸層材料，導致電池的制備過程更加復雜，增加了生產成本，對設備和環境的要求也更高；而且，現有技術中的PEDOT:PSS空穴傳輸層對近紅外光存在較強的寄生吸收，其酸性還會引起窄帶隙鈣鈦礦薄膜的降解，不利于疊層器件的穩定性；而且，空穴傳輸層/鈣鈦礦薄膜界面存在著嚴重的界面非輻射復合問題。

發明內容

針對現有技術中的上述不足，本發明提供了一種全鈣鈦礦疊層太陽能電池及其制備方法，該全鈣鈦礦疊層太陽能電池可有效改善現有的疊層太陽能電池存在的制備過程復雜、成本高以嚴重的界面非輻射復合問題。

為實現上述目的，本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種全鈣鈦礦疊層太陽能電池，寬帶隙頂電池中的空穴傳輸層材料與窄帶隙底電池中的空穴傳輸層材料相同。

進一步地，空穴傳輸層材料為具有自組裝特性的材料。

進一步地，具有自組裝特性的材料為磷酸端基的SAM材料、羧酸端基的SAM材料、硫酸端基的SAM材料或異氰酸端基的SAM材料。

進一步地，空穴傳輸層材料為4-(7-(4-(雙(4-甲氧基苯基)氨基)-2,5-二氟苯基)苯并[c][1,2,5]噻二唑-4-基)苯甲酸。

進一步地，寬帶隙頂電池中的空穴傳輸層和窄帶隙底電池中的空穴傳輸層的厚度均為3-15nm。

上述的全鈣鈦礦疊層太陽能電池的制備方法，包括以下步驟：

(1)將空穴傳輸層材料溶解于溶劑中，制備空穴傳輸層前體溶液；

(2)將步驟(1)中的空穴傳輸層前體溶液旋涂在ITO透明導電玻璃上，進行退火處理，制得寬帶隙頂電池的空穴傳輸層；

(3)在步驟(2)中寬帶隙頂電池的空穴傳輸層上依次沉積寬帶隙鈣鈦礦吸收層、電子傳輸層和中間連接層；

(4)在步驟(3)中中間連接層上旋涂步驟(1)中的空穴傳輸層前體溶液，進行退火處理，制得窄帶隙底電池的空穴傳輸層；

(5)在步驟(4)中窄帶隙底電池的空穴傳輸層上依次沉積窄帶隙鈣鈦礦吸收層、電子傳輸層和金屬電極，制得全鈣鈦礦疊層太陽能電池。