一種鈣鈦礦太陽電池的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種鈣鈦礦太陽電池，該太陽電池自下而上依次包括，透明電極、介孔p-i-n結(jié)構(gòu)框架和對電極，其中所述的介孔p-i-n結(jié)構(gòu)框架由n型半導(dǎo)體層、絕緣層和p型半導(dǎo)體層依次層疊構(gòu)成，所述n型半導(dǎo)體層、所述絕緣層和所述P型半導(dǎo)體層均包含介孔，所述n型半導(dǎo)體層、絕緣層、P型半導(dǎo)體層的介孔內(nèi)均填充有鈣鈦礦材料，所述對電極為金屬電極或多孔碳電極。本實(shí)用新型的鈣鈦礦太陽電池通過使用介孔P-i-n結(jié)構(gòu)框架能夠簡化制備工藝、降低制造成本，并有效保證太陽電池的能量轉(zhuǎn)換效率，工業(yè)化應(yīng)用前景良好。
【專利說明】一種鈣鈦礦太陽電池

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于太陽電池【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地，涉及一種鈣鈦礦太陽電池。

【背景技術(shù)】
[0002]能源是人類社會發(fā)展進(jìn)步的驅(qū)動力，是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活水平提高的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。隨著傳統(tǒng)化石類能源的大量消耗，環(huán)境污染日趨嚴(yán)重，全球能源危機(jī)也日益凸顯。太陽電池直接將太陽能轉(zhuǎn)變成電能，是解決全球能源危機(jī)以及降低環(huán)境污染的重要方法之一。目前硅基太陽電池技術(shù)最為成熟、應(yīng)用最為廣泛，但硅基太陽電池原材料純度、結(jié)晶性要求高，工藝復(fù)雜、制備成本較高，因此開發(fā)低成本、制備工藝簡單的太陽電池是太陽電池大規(guī)模應(yīng)用的前提。
[0003]ABX3鈣鈦礦材料由于具有其特有的晶體結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)出很高的載流子遷移率，電子與空穴等載流子壽命長、擴(kuò)散長度大。同時鈣鈦礦晶體能帶位置合適，與無機(jī)半導(dǎo)體材料組合時能夠有效實(shí)現(xiàn)電子或空穴的注入，電荷分離效率高。目前基于ABX3鈣鈦礦材料的太陽電池的發(fā)展非常迅速。2012年，采用全溶液法制備的鈣鈦礦太陽電池取得了 9.7%的光電轉(zhuǎn)換效率。通過制備工藝的優(yōu)化，目前這類器件的能量轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)超過17%。
[0004]專利CN103855307A公開了一種鈣鈦礦太陽電池及其制備方法。所述鈣鈦礦電池具有空穴傳輸層、鈣鈦礦吸光層以及電子傳輸層，形成的電池具有較高的能量轉(zhuǎn)換效率。該專利文獻(xiàn)指出空穴傳輸層可以為有機(jī)物或金屬氧化物。當(dāng)使用有機(jī)材料時，由于這些有機(jī)材料價(jià)格較為昂貴，不僅增加了應(yīng)用成本，同時由于這些有機(jī)材料難以長久的保持其性質(zhì)，這也對電池器件后續(xù)的封裝工藝和器件應(yīng)用的長期穩(wěn)定提出了挑戰(zhàn)；而當(dāng)使用金屬氧化物時，由于該太陽電池器件對空穴傳輸層薄膜的質(zhì)量、膜厚等要求較為嚴(yán)格(如薄膜內(nèi)的雜質(zhì)、缺陷以及針孔會嚴(yán)重影響太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率；薄膜厚度一般控制在幾十到一兩百納米之間，厚度大了太陽能電池的效率則會快速降低)，通常需要在高真空條件下采用MBE、CVD或PVD方法合成以嚴(yán)格控制薄膜的質(zhì)量與厚度，高質(zhì)量無機(jī)金屬氧化物薄膜的形成對生長設(shè)備及生長條件的要求十分嚴(yán)格，也進(jìn)一步加劇了該太陽能電池的制備成本，而該專利文件也未給出使用金屬氧化物薄膜作為空穴傳輸層的具體實(shí)施例。而另一方面，在I丐鈦礦太陽能電池中空穴傳輸層為介孔結(jié)構(gòu)的仍未見報(bào)道。
[0005]為了解決有機(jī)鈣鈦礦太陽電池高成本和使用要求嚴(yán)苛、金屬氧化物薄膜鈣鈦礦太陽電池制備困難的難題，在保證鈣鈦礦太陽電池能量轉(zhuǎn)化效率的前提下，探索鈣鈦礦太陽電池結(jié)構(gòu)和制備方法以簡化制備過程、降低成本具有重大意義。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0006]針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本實(shí)用新型的目的在于提高一種制備簡單、應(yīng)用便利、能量轉(zhuǎn)換效率較高的鈣鈦礦太陽電池，旨在解決鈣鈦礦太陽電池制備、應(yīng)用成本高的問題。
[0007]按照本實(shí)用新型的一個方面，提供一種鈣鈦礦太陽電池，其自下而上依次包括透明電極、介孔P-1-n結(jié)構(gòu)框架和對電極，其中所述的介孔P-1-n結(jié)構(gòu)框架由η型半導(dǎo)體層、絕緣層、P型半導(dǎo)體層依次層疊構(gòu)成，所述η型半導(dǎo)體層、所述絕緣層和所述P型半導(dǎo)體層均包含介孔，所述η型半導(dǎo)體層、所述絕緣層和所述ρ型半導(dǎo)體層的介孔內(nèi)均填充有鈣鈦礦材料，所述對電極為金屬電極或多孔碳電極。
[0008]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步優(yōu)選，在所述透明電極與介孔p-1-n結(jié)構(gòu)框架之間設(shè)置有用于阻擋電子或空穴致密層。
[0009]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步優(yōu)選,所述的η型半導(dǎo)體層為無機(jī)材料,包括Ti02、Sn02、ZnO、Zn2SnO4, Nb2O5, WO3> BaTi03、SrT13中的至少一種，考慮到材料制備工藝的成熟穩(wěn)定性，更優(yōu)選地為Ti02、Zn0。
[0010]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步優(yōu)選,所述的絕緣層為無機(jī)材料,包括Zr02、A1203、Si02、SiC、Si3N4, Ca3(PO4)2中的至少一種，考慮到材料制備工藝的成熟穩(wěn)定性，更優(yōu)選地為Zr02、
Al2O3U
[0011]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步優(yōu)選，所述的P型半導(dǎo)體層為無機(jī)材料，包括N1、CuO,CuSCN,Cu1、CuGaO2, CuCrO2, CuAlO2中的至少一種，考慮到材料制備工藝的成熟穩(wěn)定性，更優(yōu)選地為N1。
[0012]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步優(yōu)選，所述的鈣鈦礦材料為(CH3NH3)PbXmY3_m中的一種或多種，其中X，Y = Cl，Br，I ;m = O?3，優(yōu)選地為碘鉛甲胺(CH3NH3PbI3)。
[0013]目前已報(bào)道的鈣鈦礦太陽能電池多采用需嚴(yán)格控制薄膜質(zhì)量與薄膜厚度的平板結(jié)構(gòu)，且工藝成熟的空穴傳輸層均為有機(jī)材料，這些有機(jī)材料價(jià)格較為昂貴，不僅增加了應(yīng)用成本，同時由于這些有機(jī)材料難以長久的保持其性質(zhì)，對電池器件后續(xù)的封裝工藝和器件應(yīng)用的長期穩(wěn)定提出了挑戰(zhàn)；而使用無機(jī)材料的空穴傳輸層不僅制備工藝難度高、生長設(shè)備及生長條件的要求嚴(yán)格，且成品率低，難以獲得高質(zhì)量、厚度嚴(yán)格控制的薄膜，進(jìn)一步加劇了太陽能電池的生產(chǎn)成本。
[0014]本實(shí)用新型解決了鈣鈦礦太陽能電池制備工藝復(fù)雜、生產(chǎn)成本高的技術(shù)問題。
[0015]本實(shí)用新型通過采用介孔p-1-n框架結(jié)構(gòu)，尤其是空穴傳輸層采用了無機(jī)介孔P型半導(dǎo)體材料，不僅降低了原材料的成本，并且還降低了對空穴傳輸層薄膜質(zhì)量與薄膜厚度的要求，僅需要采用方法簡單、成本低廉的旋涂法或絲網(wǎng)印刷法就可以獲得介孔結(jié)構(gòu)，簡化了制作工藝，提高了成品率，進(jìn)一步降低了生產(chǎn)成本。采用介孔結(jié)構(gòu)的空穴傳輸層很好地抑制了太陽能電池內(nèi)部的載流子復(fù)合效應(yīng)，有效的保證了太陽能電池的能量轉(zhuǎn)換效率，太陽能電池能量轉(zhuǎn)換效率可達(dá)14%，在簡化鈣鈦礦太陽電池制備工藝、降低生長成本的同時，確保了鈣鈦礦太陽電池較高的能量轉(zhuǎn)換效率，為工業(yè)化應(yīng)用創(chuàng)造了良好的前景。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例的鈣鈦礦太陽電池的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，I為透明導(dǎo)電基底，2為致密層，3為介孔η型無機(jī)半導(dǎo)體層，4為介孔絕緣阻隔層，5為介孔ρ型無機(jī)半導(dǎo)體層，6為對電極；
[0017]圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例的介孔η型無機(jī)半導(dǎo)體層、介孔絕緣阻隔層、介孔ρ型無機(jī)半導(dǎo)體層形成的P-1-n結(jié)構(gòu)框架示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0018]為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。
[0019]本實(shí)施例的鈣鈦礦太陽電池器件結(jié)構(gòu)如圖1所示，器件自下而上依次為透明導(dǎo)電基底I，致密層2，介孔η型無機(jī)半導(dǎo)體層3，介孔絕緣阻隔層4，介孔P型無機(jī)半導(dǎo)體層5，對電極6。其中，介孔η型無機(jī)半導(dǎo)體層3與介孔ρ型無機(jī)半導(dǎo)體層5的位置可以互換，即，鈣鈦礦太陽電池器件結(jié)構(gòu)自下而上還可以依次為透明導(dǎo)電基底1，致密層2，介孔ρ型無機(jī)半導(dǎo)體層5，介孔絕緣阻隔層4，介孔η型無機(jī)半導(dǎo)體層3，對電極6。
[0020]上述結(jié)構(gòu)中，介孔η型無機(jī)半導(dǎo)體層3、介孔絕緣阻隔層4和介孔ρ型無機(jī)半導(dǎo)體層5的介孔內(nèi)均填充有鈣鈦礦材料。如圖2所示，鈣鈦礦材料在介孔η型無機(jī)半導(dǎo)體層中可以注入電子作為電池結(jié)構(gòu)中的η型層，在介孔ρ型無機(jī)半導(dǎo)體層中可以注入空穴作為電池結(jié)構(gòu)中的P型層，而在介孔絕緣阻隔層中不能發(fā)生電荷注入，僅作為光活性層，即得到p-1-n型I丐鈦礦電池結(jié)構(gòu)，以有利于光生電荷的分離和傳輸。
[0021]透明導(dǎo)電基底為氟摻雜氧化錫(FTO)覆蓋的玻璃基底。致密層為致密Ti02、ZnO、N1的一種；介孔η型無機(jī)半導(dǎo)體層包括介孔Ti02、SnO2, ZnO、Zn2SnO4, Nb2O5, WO3> BaT13>SrT13中的至少一種；介孔絕緣阻隔層包括介孔Zr02、A1203、S12, SiC、Si3N4, Ca3 (PO4)2中的至少一種；介孔ρ型半導(dǎo)體層包括介孔Ni0、Cu0、CuSCN、Cu1、CuGa02、CuCr02、CuAlO2中的至少一種；對電極層可以為金屬Au、Ag、Al電極中的一種，也可以為介孔導(dǎo)電碳對電極。填充在多層介孔膜中的鈣鈦礦材料可以為(CH3NH3)PbXmY3_m中的一種或多種，其中X，Y = Cl，Br，I ;m = O?3，優(yōu)選為碘鉛甲胺(CH3NH3PbI3)。
[0022]介孔η型無機(jī)半導(dǎo)體層3、介孔絕緣阻隔層4、介孔ρ型無機(jī)半導(dǎo)體層5均可以采用旋涂法或絲網(wǎng)印刷法等方法依次疊加制備，燒結(jié)后即可得到多層介孔膜，燒結(jié)溫度在400-500°C，燒結(jié)時間為 30min。
[0023]介孔導(dǎo)電碳對電極是在多層介孔膜上通過絲網(wǎng)印刷法制備并經(jīng)干燥燒結(jié)，燒結(jié)溫度在400-500°C，燒結(jié)時間為30min，厚度可以為2-10 μ m。
[0024]金屬對電極為在高真空I(T5Pa)條件下，通過蒸鍍方法制備，厚度可以為50_200nm。
[0025]下面結(jié)合具體實(shí)施例對本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明。
[0026]實(shí)施例1
[0027]使用CH3NH3PbI3#為鈣鈦礦太陽電池中的鈣鈦礦材料、介孔導(dǎo)電碳作為對電極層，其具體的制備步驟如下:
[0028]⑴在洗凈的透明FTO導(dǎo)電玻璃基底上通過噴霧熱解法沉積一層致密T12層，厚度在50nm左右，并在450 °C熱處理40min,形成致密層；
[0029]⑵將粒徑大小為20nm的T12漿料通過絲網(wǎng)印刷法均勻涂覆在致密T12層上，并在125?干燥1min,形成厚度為300nm的η型半導(dǎo)體層；
[0030]⑶將粒徑大小為30nm的ZrO2漿料同樣通過絲網(wǎng)印刷法均勻涂覆在T12層上，并在125°C干燥15min，形成厚度為400nm的絕緣層；
[0031]⑷將粒徑大小為20nm的N1漿料通過絲網(wǎng)印刷法均勻涂覆在ZrO2層上，并在125°C干燥15min,形成厚度為600nm的ρ型半導(dǎo)體層；
[0032](5)將導(dǎo)電碳漿料通過絲網(wǎng)印刷法均勻涂覆在N1層上并在100°C干燥15min，形成厚度為7 U m的對電極層；
[0033](6)將上述多層膜在500°C燒結(jié)30min ；
[0034](7)填充鈣鈦礦材料:將PbI2溶解在N，N- 二甲基甲酰胺中制成質(zhì)量百分比濃度為32%的溶液，滴涂在多層介孔膜中，使得多層介孔膜中填充有PbI2，于70°C下烘干；再將填充了 PbI2的介孔多層膜浸泡在10mg/ml的CH3NH3I溶液中。待介孔膜中的PbI2完全變成黑色(即形成CH3NH3PbI3)后取出，并在80°C下烘干20min。
[0035]在AMl.5的標(biāo)準(zhǔn)光照條件下測試該電池器件得出其能量轉(zhuǎn)化效率為14%。
[0036]實(shí)施例2
[0037]使用CH3NH3PbI3作為鈣鈦礦太陽電池中的鈣鈦礦材料、金屬Au作為對電極層，其具體的制備步驟如下:
[0038]⑴在洗凈的透明FTO導(dǎo)電玻璃基底上通過噴霧熱解法沉積一層致密T12層，厚度在50nm左右，并在450 °C熱處理40min,形成致密層；
[0039]⑵將粒徑大小為20nm的T12漿料通過絲網(wǎng)印刷法均勻涂覆在致密T12層上，并在125°C干燥1min,形成厚度為10nm的η型半導(dǎo)體層；
[0040]⑶將粒徑大小為30nm的ZrO2漿料同樣通過絲網(wǎng)印刷法均勻涂覆在T12層上，并在125°C干燥15min，形成厚度為200nm的絕緣層；
[0041]⑷將粒徑大小為20nm的N1漿料通過絲網(wǎng)印刷法均勻涂覆在ZrO2層上，并在125°C干燥15min,形成厚度為200nm的ρ型半導(dǎo)體層；
[0042](5)將上述多層膜在500°C燒結(jié)30min ；
[0043](6)填充鈣鈦礦材料:將PbI2溶解在N，N- 二甲基甲酰胺中制成質(zhì)量百分比濃度為32%的旋涂液，將其旋涂在多層介孔膜中，使得多層介孔膜中填充有PbI2，于70°C下烘干；再將填充了 PbI2的介孔多層膜浸泡在10mg/ml的CH3NH3I溶液中；待介孔膜中的PbI2完全變成黑色(即形成CH3NH3PbI3)后取出在異丙醇中洗滌，并在80°C下烘干20min ；
[0044](7)制備對電極層:將填充了 CH3NH3PbI3鈣鈦礦的介孔多層膜放置在熱蒸發(fā)設(shè)備中，待真空度達(dá)到10_5Pa后，熱蒸發(fā)(S卩，蒸鍍)沉積金屬Au以制備金屬對電極，厚度為10nm0
[0045]在AMl.5的標(biāo)準(zhǔn)光照條件下測試該電池器件得出其能量轉(zhuǎn)化效率為13%。
[0046]實(shí)施例3
[0047]使用CH3NH3PbI3#為鈣鈦礦太陽電池中的鈣鈦礦材料、介孔導(dǎo)電碳作為對電極層，其具體的制備步驟如下:
[0048]⑴在洗凈的透明FTO導(dǎo)電玻璃基底上通過噴霧熱解法沉積一層致密N1層，厚度在80nm左右，并在500°C熱處理30min，形成致密層；
[0049]⑵將粒徑大小為20nm的N1漿料通過絲網(wǎng)印刷法均勻涂覆在致密N1層上，并在125?干燥1min,形成厚度為300nm的ρ型半導(dǎo)體層；
[0050]⑶將粒徑大小為30nm的ZrO2漿料同樣通過絲網(wǎng)印刷法均勻涂覆在N1層上，并在125°C干燥15min，形成厚度為400nm的絕緣層；
[0051]⑷將粒徑大小為20nm的T12漿料通過絲網(wǎng)印刷法均勻涂覆在ZrO2層上，并在125°C干燥15min,形成厚度為600nm的η型半導(dǎo)體層；
[0052](5)將導(dǎo)電碳漿料通過絲網(wǎng)印刷法均勻涂覆在T12層上并在100°C干燥15min，形成厚度為7 μ m的對電極層；
[0053](6)將上述多層膜在500°C燒結(jié)30min ；
[0054](7)填充鈣鈦礦材料:將PbI2溶解在N，N- 二甲基甲酰胺中制成質(zhì)量百分比濃度為32%的溶液，滴涂在多層介孔膜中，使得多層介孔膜中填充有PbI2，于70°C下烘干；再將填充了 PbI2的介孔多層膜浸泡在10mg/ml的CH3NH3I溶液中。待介孔膜中的PbI2完全變成黑色(即形成CH3NH3PbI3)后取出，并在80°C下烘干20min。
[0055]在AMl.5的標(biāo)準(zhǔn)光照條件下測試該電池器件得出其能量轉(zhuǎn)化效率為10.8%。
[0056]實(shí)施例4
[0057]使用CH3NH3PbI3作為鈣鈦礦太陽電池中的鈣鈦礦材料、金屬Au作為對電極層，其具體的制備步驟如下:
[0058]⑴在洗凈的透明FTO導(dǎo)電玻璃基底上通過噴霧熱解法沉積一層致密N1層，厚度在80nm左右，并在500°C熱處理30min，形成致密層；
[0059]⑵將粒徑大小為20nm的N1漿料通過絲網(wǎng)印刷法均勻涂覆在致密N1層上，并在125?干燥1min,形成厚度為10nm的ρ型半導(dǎo)體層；
[0060]⑶將粒徑大小為30nm的ZrO2漿料同樣通過絲網(wǎng)印刷法均勻涂覆在N1層上，并在125°C干燥15min，形成厚度為200nm的絕緣層；
[0061]⑷將粒徑大小為20nm的T12漿料通過絲網(wǎng)印刷法均勻涂覆在ZrO2層上，并在125°C干燥15min,形成厚度為200nm的η型半導(dǎo)體層；
[0062](5)將多層膜在500°C燒結(jié)30min ；
[0063](6)填充鈣鈦礦材料:將PbI2溶解在N，N- 二甲基甲酰胺中制成質(zhì)量百分比濃度為32%的旋涂液，將其旋涂在多層介孔膜中，使得多層介孔膜中填充有PbI2，于70°C下烘干；再將填充了 PbI2的介孔多層膜浸泡在10mg/ml的CH3NH3I溶液中；待介孔膜中的PbI2完全變成黑色(即形成CH3NH3PbI3)后取出在異丙醇中洗滌，并在80°C下烘干20min ；
[0064](7)制備對電極層:將填充了 CH3NH3PbI3鈣鈦礦的介孔多層膜放置在熱蒸發(fā)設(shè)備中，待真空度達(dá)到10_5Pa后，熱蒸發(fā)(S卩，蒸鍍)沉積金屬Au以制備金屬對電極，厚度為10nm0
[0065]在AMl.5的標(biāo)準(zhǔn)光照條件下測試該電池器件得出其能量轉(zhuǎn)化效率為11%。
[0066]實(shí)施例5
[0067]使用CH3NH3PbI3作為鈣鈦礦太陽電池中的鈣鈦礦材料、介孔導(dǎo)電碳作為對電極層，其具體的制備步驟如下:
[0068](I)在洗凈的透明FTO導(dǎo)電玻璃基底上通過噴霧熱解法沉積一層致密T12層，厚度在50nm左右，并在450°C熱處理40min，形成致密層；
[0069](2)將粒徑大小為10nm的ZnO漿料通過絲網(wǎng)印刷法均勻涂覆在致密T12層上，并在125°C干燥1min,形成厚度為600nm的η型半導(dǎo)體層；
[0070](3)將粒徑大小為400nm的Al2O3漿料同樣通過絲網(wǎng)印刷法均勻涂覆在ZnO層上，并在125°C干燥15min，形成厚度為800nm的絕緣層；
[0071](4)將粒徑大小為400nm的N1漿料通過絲網(wǎng)印刷法均勻涂覆在Al2O3層上，并在125°C干燥15min,形成厚度為800nm的ρ型半導(dǎo)體層；
[0072](5)將導(dǎo)電碳漿料通過絲網(wǎng)印刷法均勻涂覆在N1層上并在100°C干燥15min，形成厚度為10 μ m的對電極層；
[0073](6)將多層膜在500°C燒結(jié)30min ；
[0074](7)填充鈣鈦礦材料:將PbI2溶解在N，N-二甲基甲酰胺中制成質(zhì)量百分比濃度為32%的溶液，滴涂在多層介孔膜中，使得多層介孔膜中填充有PbI2，于70°C下烘干；再將填充了 PbI2的介孔多層膜浸泡在10mg/ml的CH3NH3I溶液中。待介孔膜中的PbI2完全變成黑色(即形成CH3NH3PbI3)后取出，并在80°C下烘干20min。
[0075]實(shí)施例6
[0076]使用CH3NH3PbI3作為鈣鈦礦太陽電池中的鈣鈦礦材料、介孔導(dǎo)電碳作為對電極層，其具體的制備步驟如下:
[0077](I)在洗凈的透明FTO導(dǎo)電玻璃基底上通過噴霧熱解法沉積一層致密N1層，厚度在80nm左右，并在500°C熱處理30min，形成致密層；
[0078](2)將粒徑大小為1nm的N1漿料通過絲網(wǎng)印刷法均勻涂覆在致密N1層上，并在125°C干燥1min,形成厚度為400nm的ρ型半導(dǎo)體層；
[0079](3)將粒徑大小為1nm的Al2O3漿料同樣通過絲網(wǎng)印刷法均勻涂覆在N1層上，并在125°C干燥15min，形成厚度為400nm的絕緣層；
[0080](4)將粒徑大小為1nm的ZnO漿料通過絲網(wǎng)印刷法均勻涂覆在Al2O3層上，并在125°C干燥15min,形成厚度為300nm的η型半導(dǎo)體層；
[0081](5)將導(dǎo)電碳漿料通過絲網(wǎng)印刷法均勻涂覆在ZnO層上并在100°C干燥15min，形成厚度為10 μ m的對電極層；
[0082](6)多層膜在 500°C燒結(jié) 30min ；
[0083](7)填充鈣鈦礦材料:將PbI2溶解在N，N-二甲基甲酰胺中制成質(zhì)量百分比濃度為32%的溶液，滴涂在多層介孔膜中，使得多層介孔膜中填充有PbI2，于70°C下烘干；再將填充了 PbI2的介孔多層膜浸泡在10mg/ml的CH3NH3I溶液中。待介孔膜中的PbI2完全變成黑色(即形成CH3NH3PbI3)后取出，并在80°C下烘干20min。實(shí)施例7
[0084]使用CH3NH3PbI3作為鈣鈦礦太陽電池中的鈣鈦礦材料、介孔導(dǎo)電碳作為對電極層，其具體的制備步驟如下:
[0085](I)在洗凈的透明FTO導(dǎo)電玻璃基底上通過噴霧熱解法沉積一層致密T12層，厚度在50nm左右，并在450°C熱處理40min，形成致密層；
[0086](2)將粒徑大小為50nm的T12漿料通過絲網(wǎng)印刷法均勻涂覆在致密T12層上，并在125°C干燥15min,形成厚度為600nm的η型半導(dǎo)體層；
[0087](3)將粒徑大小為200nm的Al2O3漿料同樣通過絲網(wǎng)印刷法均勻涂覆在T12層上，并在125°C干燥15min，形成厚度為800nm的絕緣層；
[0088](4)將粒徑大小為200nm的N1漿料通過絲網(wǎng)印刷法均勻涂覆在Al2O3層上，并在125?干燥1min,形成厚度為800nm的ρ型半導(dǎo)體層；
[0089](5)將導(dǎo)電碳漿料通過絲網(wǎng)印刷法均勻涂覆在N1層上并在100°C干燥15min，形成厚度為10 μ m的對電極層；
[0090](6)將多層膜在500°C燒結(jié)30min ；
[0091](7)填充鈣鈦礦材料:將PbI2溶解在N，N-二甲基甲酰胺中制成質(zhì)量百分比濃度為32%的溶液，滴涂在多層介孔膜中，使得多層介孔膜中填充有PbI2，于70°C下烘干；再將填充了 PbI2的介孔多層膜浸泡在10mg/ml的CH3NH3I溶液中。待介孔膜中的PbI2完全變成黑色(即形成CH3NH3PbI3)后取出，并在80°C下烘干20min。
[0092]實(shí)施例8
[0093]使用CH3NH3PbI3作為鈣鈦礦太陽電池中的鈣鈦礦材料、介孔導(dǎo)電碳作為對電極層，其具體的制備步驟如下:
[0094](I)在洗凈的透明FTO導(dǎo)電玻璃基底上通過噴霧熱解法沉積一層致密T12層，厚度在50nm左右，并在450°C熱處理40min，形成致密層；
[0095](2)將粒徑大小為1nm的T12漿料通過旋涂法均勻涂覆在致密T12層上，并在125?干燥15min,形成厚度為50nm的η型半導(dǎo)體層；
[0096](3)將粒徑大小為30nm的Al2O3漿料同樣通過旋涂法均勻涂覆在T12層上，并在125°C干燥15min，形成厚度為10nm的絕緣層；
[0097](4)將粒徑大小為1nm的N1漿料通過旋涂法均勻涂覆在Al2O3層上，并在125°C干燥lOmin，形成厚度為10nm的ρ型半導(dǎo)體層；
[0098](5)將導(dǎo)電碳漿料通過絲網(wǎng)印刷法均勻涂覆在N1層上并在100°C干燥15min，形成厚度為2 μ m的對電極層；
[0099](6)將多層膜在400°C燒結(jié)30min ；
[0100](7)填充鈣鈦礦材料:將PbI2溶解在N，N-二甲基甲酰胺中制成質(zhì)量百分比濃度為32%的溶液，滴涂在多層介孔膜中，使得多層介孔膜中填充有PbI2，于70°C下烘干；再將填充了 PbI2的介孔多層膜浸泡在10mg/ml的CH3NH3I溶液中。待介孔膜中的PbI2完全變成黑色(即形成CH3NH3PbI3)后取出，并在80°C下烘干20min。
[0101]實(shí)施例9
[0102]使用CH3NH3PbI3作為鈣鈦礦太陽電池中的鈣鈦礦材料、金屬Au作為對電極層，其具體的制備步驟如下:
[0103](I)在洗凈的透明FTO導(dǎo)電玻璃基底上通過噴霧熱解法沉積一層致密T12層，厚度在50nm左右，并在450°C熱處理40min，形成致密層；
[0104](2)將粒徑大小為50nm的T12漿料通過旋涂法均勻涂覆在致密T12層上，并在125°C干燥15min,形成厚度為200nm的η型半導(dǎo)體層；
[0105](3)將粒徑大小為200nm的Al2O3漿料同樣通過旋涂法均勻涂覆在T12層上，并在125°C干燥15min，形成厚度為200nm的絕緣層；
[0106](4)將粒徑大小為200nm的N1漿料通過旋涂法均勻涂覆在Al2O3層上，并在125°C干燥lOmin，形成厚度為300nm的ρ型半導(dǎo)體層；
[0107](5)將多層膜在450°C燒結(jié)30min ；
[0108](6)填充鈣鈦礦材料:將PbI2溶解在N，N-二甲基甲酰胺中制成質(zhì)量百分比濃度為32%的溶液，滴涂在多層介孔膜中，使得多層介孔膜中填充有PbI2，于70°C下烘干；再將填充了 PbI2的介孔多層膜浸泡在10mg/ml的CH3NH3I溶液中。待介孔膜中的PbI2完全變成黑色(即形成CH3NH3PbI3)后取出，并在80°C下烘干20min。
[0109](7)制備對電極層:將填充了 CH3NH3PbI3鈣鈦礦的介孔多層膜放置在熱蒸發(fā)設(shè)備中，待真空度達(dá)到10_5Pa后，熱蒸發(fā)(S卩，蒸鍍)沉積金屬Au以制備金屬對電極，厚度為50nmo
[0110]實(shí)施例10
[0111]使用CH3NH3PbI3作為鈣鈦礦太陽電池中的鈣鈦礦材料、金屬Au作為對電極層，其具體的制備步驟如下:
[0112](I)在洗凈的透明FTO導(dǎo)電玻璃基底上通過噴霧熱解法沉積一層致密T12層，厚度在50nm左右，并在450°C熱處理40min，形成致密層；
[0113](2)將粒徑大小為1nm的T12漿料通過旋涂法均勻涂覆在致密T12層上，并在125°C干燥15min,形成厚度為300nm的η型半導(dǎo)體層；
[0114](3)將粒徑大小為30nm的Al2O3漿料同樣通過旋涂法均勻涂覆在T12層上，并在125°C干燥15min，形成厚度為400nm的絕緣層；
[0115](4)將粒徑大小為1nm的N1漿料通過旋涂法均勻涂覆在Al2O3層上，并在125°C干燥lOmin，形成厚度為400nm的ρ型半導(dǎo)體層；
[0116](5)將多層膜在500°C燒結(jié)30min ；
[0117](6)填充鈣鈦礦材料:將PbI2溶解在N，N-二甲基甲酰胺中制成質(zhì)量百分比濃度為32%的溶液，滴涂在多層介孔膜中，使得多層介孔膜中填充有PbI2，于70°C下烘干；再將填充了 PbI2的介孔多層膜浸泡在10mg/ml的CH3NH3I溶液中。待介孔膜中的PbI2完全變成黑色(即形成CH3NH3PbI3)后取出，并在80°C下烘干20min。
[0118](7)制備對電極層:將填充了 CH3NH3PbI3鈣鈦礦的介孔多層膜放置在熱蒸發(fā)設(shè)備中，待真空度達(dá)到10_5Pa后，熱蒸發(fā)(S卩，蒸鍍)沉積金屬Au以制備金屬對電極，厚度為200nmo
[0119]上述各實(shí)施例中，構(gòu)成鈣鈦礦太陽電池p-1-n結(jié)構(gòu)的介孔η型半導(dǎo)體層并不限于T12, ΖηΟ，還可以是 Sn02、Zn2SnO4, Nb2O5, WO3> BaT13^ SrT13 中的至少一種；介孔絕緣阻隔層并不限于Zr02、Al2O3，還可以是Si02、SiC、Si3N4, Ca3(PO4)2中的至少一種；介孔ρ型半導(dǎo)體層并不限于N1，還可以是CuO、CuSCN, CuKCuGaO2, CuCrO2, CuAlO2中的至少一種。
[0120]粒徑大小和厚度也不限于上述實(shí)施例，可根據(jù)需要選擇。漿料中顆粒粒徑的大小與介孔的直徑呈正相關(guān)，顆粒越大，介孔往往就越大。漿料中顆粒粒徑越大，一方面孔隙就越大，填充的鈣鈦礦材料就越多，對光的吸收能力就越強(qiáng)；但另一方面，當(dāng)漿料中顆粒粒徑超過臨界值時，漿料的成膜性就會變差，難以形成介孔膜；另外，過大的孔隙會造成鈣鈦礦填充得不均勻，影響鈣鈦礦材料的光吸收，對太陽能電池的光電性能造成負(fù)面影響。
[0121]介孔p-1-n結(jié)構(gòu)框架的厚度也會影響太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換性能。介孔p-1-n結(jié)構(gòu)框架的厚度越大，能填充的鈣鈦礦材料就越多，對光的吸收能力就越強(qiáng)；但厚度增加也會導(dǎo)致載流子的傳輸距離(即載流子傳輸?shù)诫姌O的距離)變大，復(fù)合幾率增加，限制太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。而介孔P-1-n結(jié)構(gòu)框架中每層介孔層的厚度也會影響太陽能電池器件的性能。介孔P型半導(dǎo)體層和介孔η型半導(dǎo)體層的厚度越大，則它們與鈣鈦礦材料的分別接觸的接觸面積就越大，鈣鈦礦材料中載流子的注入就越容易；但另一方面，介孔P型半導(dǎo)體層和介孔η型半導(dǎo)體層的厚度越大，也會使載流子的傳輸距離變大，復(fù)合幾率上升，對太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率造成負(fù)面影響。介孔絕緣層的厚度一方面影響著鈣鈦礦材料的填充，并起到隔絕介孔P型半導(dǎo)體層和介孔η型半導(dǎo)體層、防止電池電路短路的作用；但另一方面，過厚的介孔絕緣層也會影響載流子的傳輸，限制太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。
[0122]綜合考慮上述因素，在既保證鈣鈦礦材料的光吸收，又考慮到載流子傳輸效率，以及電池電路正常工作的基礎(chǔ)上，本實(shí)用新型優(yōu)選介孔η型半導(dǎo)體層粒徑大小為lO-lOOnm，厚度為50-600nm ;介孔絕緣阻隔層中粒徑大小為10_400nm，厚度為100-800nm ;介孔ρ型半導(dǎo)體層中粒徑大小為10-400nm，厚度為100_800nm。
[0123]另外，上述實(shí)施例中的鈣鈦礦材料可以為(CH3NH3)PbXmYh中的一種或多種，其中X，Y = Cl, Br, I ;m = O?3，考慮到材料對太陽光吸收的效率以及制備工藝是否簡單，更優(yōu)選為碘鉛甲胺(CH3NH3PbI3)。
[0124]本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種鈣鈦礦太陽電池，其特征在于，其自下而上依次包括透明電極(I)、介孔p-1-n結(jié)構(gòu)框架和對電極(6)，其中所述介孔p-1-n結(jié)構(gòu)框架由η型半導(dǎo)體層(3)、絕緣層(4)、ρ型半導(dǎo)體層(5)依次層疊構(gòu)成，所述η型半導(dǎo)體層(3)、所述絕緣層(4)和所述ρ型半導(dǎo)體層(5)均包含介孔，所述η型半導(dǎo)體層(3)、所述絕緣層(4)和所述ρ型半導(dǎo)體層(5)的介孔內(nèi)均填充有鈣鈦礦材料，所述對電極(6)為金屬電極或多孔碳電極。
2.如權(quán)利要求1所述的鈣鈦礦太陽電池，其特征在于，在所述透明電極(I)與所述介孔P-1-n結(jié)構(gòu)框架之間設(shè)置有用于阻擋電子或空穴的致密層(2)。
【文檔編號】H01L31/032GK204029822SQ201420412247
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年7月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月24日
【發(fā)明者】王鳴魁, 曹昆, 崔金, 左智翔, 申燕 申請人:華中科技大學(xué)