g0、Ga203、Zr02、Nb205、Ta205或Hf02。絕緣緩沖層厚度在l-5nm ;
步驟4 :將介孔半導(dǎo)體材料采用沉積法沉積到經(jīng)步驟3處理后的導(dǎo)電基底上，熱處理溫度為300-600°C，時(shí)間在0. 5-3h之間，即得到介孔層；
步驟5 :利用兩步法、一步法或利用氣相輔助液相法在經(jīng)過(guò)步驟4處理后的導(dǎo)電基底上制備有機(jī)無(wú)機(jī)雜化的鈣鈦礦層，再進(jìn)行退火處理溫度在100-200°C之間，時(shí)間在0. 5-3h之間；
步驟6 :在經(jīng)過(guò)步驟5處理后的導(dǎo)電基底上旋涂空穴傳輸材料，旋涂轉(zhuǎn)速為100-5000rpm，在濕度低于30%條件下進(jìn)行操作；
步驟7 :在經(jīng)過(guò)步驟6處理后的導(dǎo)電基底采用熱蒸鍍金或者銀電極，最終得到高效鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，電極厚度在20-150nm。
[0027]所述的介孔半導(dǎo)體材料為Ti02、ZnO、A1203、Zr02、Si02顆粒制成的稀釋楽;料，稀釋比在1_1〇之間。
[0028]所述的導(dǎo)電襯底為FT0玻璃、ΙΤ0玻璃、柔性PET基底或石墨烯導(dǎo)電基底。
[0029]所述的半導(dǎo)體氧化物傳輸層為Zn0、Ti02、Ni0或Sn02薄膜或者該種半導(dǎo)體的陣列等高比表面積結(jié)構(gòu)，厚度為10-200nm。
[0030]所述步驟3的沉積方法為磁控濺射法、原子層沉積技術(shù)，溶膠凝膠法、物理氣相沉積或化學(xué)氣相沉積法，沉積溫度10-500°C。
[0031]所述步驟4中的沉積方法包括原子層沉積法、磁控濺射技術(shù)、物理氣相沉積、熱蒸發(fā)法化學(xué)氣相沉積、溶膠凝膠法或噴涂法，其中，旋涂法的轉(zhuǎn)速在1000-8000rpm之間；噴涂法的噴涂溫度在100-300 °C之間。
[0032]所述步驟6中所述的空穴傳輸材料為spiro-MeOTAD、氧化鎳。
[0033]實(shí)例1 : ZnO基鈣鈦礦太陽(yáng)能電池(未引入絕緣緩沖層）
將高透光率的導(dǎo)電玻璃基底（FT0/IT0)清洗干凈，乙醇、丙酮、異丙醇交替超聲10-60min，氮?dú)獯蹈蓚溆谩Ｍㄟ^(guò)濕法刻蝕法處理導(dǎo)電基地得到目標(biāo)圖案的透明襯底。利用磁控濺射技術(shù)制備η型半導(dǎo)體氧化物薄膜（ZnO薄膜)，收集并傳輸電子，沉積厚度為10-200nm，沉積溫度在10-300 °C，退火處理溫度300-500 °C密封保存。
[0034]將Ti02顆粒制成的稀釋漿料，稀釋比為1:10,旋涂轉(zhuǎn)速2500rpm-5500rpm，300-600°C高溫退火。待冷卻后，旋涂濃度為300-600mg/ml的PbX2(溶解于二甲基甲酰胺)，70°C溶解10_24h至完全溶解后旋涂。退火、冷卻，浸泡于甲胺碘溶液中，待反應(yīng)完全放在熱板100-200°C下退火0.5-3h，得到鈣鈦礦薄膜。旋涂空穴傳輸材料，蒸鍍金電極。測(cè)試。結(jié)果如圖2所示。
實(shí)例2 : ZnO基鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（引入絕緣緩沖層）
將高透光率的導(dǎo)電玻璃基底（FT0/IT0)清洗干凈，乙醇、丙酮、異丙醇交替超聲50min，氮?dú)獯蹈蓚溆?。通過(guò)濕法刻蝕法處理導(dǎo)電基地得到目標(biāo)圖案的透明襯底。利用磁控濺射技術(shù)制備η型半導(dǎo)體氧化物薄膜（ZnO薄膜)，收集并傳輸電子，沉積厚度為50nm，沉積溫度在50°C，退火處理溫度300°C密封保存。
[0035]將Ti02顆粒制成的稀釋漿料，稀釋比為1:5,旋涂轉(zhuǎn)速5500rpm，500°C高溫退火。待冷卻后，旋涂濃度為460mg/ml的PbX2 (溶解于二甲基甲酰胺)，70°C溶解10h至完全溶解后旋涂。退火、冷卻，浸泡于甲胺碘溶液中，待反應(yīng)完全放在熱板l〇〇°C下退火lh，得到鈣鈦礦薄膜。制備過(guò)程中在150°C下通過(guò)原子層沉積技術(shù)沉積絕緣緩沖層20個(gè)循環(huán)，得到2nm厚的絕緣緩沖層。旋涂空穴傳輸材料，蒸鍍金電極。測(cè)試。結(jié)果如圖3所示。
[0036]實(shí)例3 : Ti02基鈣鈦礦太陽(yáng)能電池(未引入絕緣緩沖層）
將高透光率的導(dǎo)電玻璃基底（FT0/IT0)清洗干凈，乙醇、丙酮、異丙醇交替超聲10-60min，氮?dú)獯蹈蓚溆?。通過(guò)濕法刻蝕法處理導(dǎo)電基地得到目標(biāo)圖案的透明襯底。利用溶膠凝膠法制備η型半導(dǎo)體氧化物薄膜（Ti02薄膜)，收集并傳輸電子，沉積厚度為10-200nm，沉積溫度在10-300°C，退火處理溫度300-500°C密封保存。
[0037]稀釋介孔漿料，稀釋比為1:10,旋涂轉(zhuǎn)速2500rpm-5500rpm，300-600°C高溫退火。待冷卻后，旋涂濃度為300-600mg/ml的PbX2 (溶解于二甲基甲酰胺)，70°C溶解10_24h至完全溶解后旋涂。退火、冷卻，浸泡于甲胺碘溶液中，待反應(yīng)完全放在熱板100-200 °C下退火0.5-3h，得到鈣鈦礦薄膜。旋涂空穴傳輸材料，蒸鍍金電極。測(cè)試。結(jié)果如圖4所示。
[0038]實(shí)例4 :Ti02基鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（引入絕緣緩沖層）
將高透光率的導(dǎo)電玻璃基底（FT0/IT0)清洗干凈，乙醇、丙酮、異丙醇交替超聲50min，氮?dú)獯蹈蓚溆?。通過(guò)濕法刻蝕法處理導(dǎo)電基地得到目標(biāo)圖案的透明襯底。利用溶膠凝膠法制備η型半導(dǎo)體氧化物薄膜（Ti02薄膜)，收集并傳輸電子，沉積厚度為60nm，沉積溫度在100°C，退火處理溫度500°C密封保存。
[0039]稀釋介孔漿料，稀釋比為1:5,旋涂轉(zhuǎn)速5500rpm，500°C高溫退火。待冷卻后，旋涂濃度為460mg/ml的PbX2 (溶解于二甲基甲酰胺)，70°C溶解24h至完全溶解后旋涂。退火、冷卻，浸泡于甲胺碘溶液中，待反應(yīng)完全放在熱板120°C下退火0. 5h，得到鈣鈦礦薄膜。制備過(guò)程中在10 5Pa壓強(qiáng)下通過(guò)磁控濺射術(shù)沉積絕緣緩沖層，得到5nm厚的絕緣緩沖層。旋涂空穴傳輸材料，蒸鍍金電極。測(cè)試。結(jié)果如圖5所示。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高效鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，該高效鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)是:導(dǎo)電襯底、半導(dǎo)體氧化物電子傳輸層、介孔層和有機(jī)無(wú)機(jī)雜化的鈣鈦礦層、空穴傳輸層以及金屬對(duì)電極，其特征在于，該高效鈣鈦礦太陽(yáng)能電池還包括絕緣緩沖層，所述絕緣緩沖層的引入位置為半導(dǎo)體氧化物電子傳輸層和鈣有機(jī)無(wú)機(jī)雜化的鈣鈦礦層之間，或者鈣鈦礦材料與空穴傳輸層之間。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述絕緣緩沖層的厚度為 l-5nm,所述絕緣緩沖層為 A1203、Zr02、Si02、MgO、Ga203、Zr02、Nb205、Ta205或 H f02。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述的有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合鈣鈦礦為CH3NH3PbX3，其中X為I，C1或Br。4.一種制備如權(quán)利要求1-3任意一項(xiàng)所述的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，具體包括以下步驟: 步驟1:將導(dǎo)電基底通過(guò)傳統(tǒng)基片清洗工藝洗滌，氮?dú)獯蹈蓚溆茫? 步驟2:將經(jīng)過(guò)步驟1處理后的導(dǎo)電基底上沉積半導(dǎo)體氧化物傳輸層，收集并傳輸電子或者空穴，沉積溫度10-300°C，退火處理溫度300-500°C密封保存； 步驟3:將經(jīng)過(guò)步驟2處理后的沉積有電子傳輸層的導(dǎo)電基底上利用沉積法制備一層緩沖層厚度在l_5nm絕緣緩沖層，沉積溫度10-500°C ; 步驟4:將介孔半導(dǎo)體材料采用旋涂法或噴涂法沉積到經(jīng)步驟3處理后的導(dǎo)電基底上，隨后在溫度為300-600°C進(jìn)行熱處理，時(shí)間在0.5-3h，得到介孔層； 步驟5:利用兩步法、一步法或利用氣相輔助液相法在經(jīng)過(guò)步驟4處理后的導(dǎo)電基底上制備有機(jī)無(wú)機(jī)雜化的鈣鈦礦層，再進(jìn)行退火處理溫度在100-200°C之間，時(shí)間在0.5-3h之間； 步驟6:在經(jīng)過(guò)步驟5處理后的導(dǎo)電基底上旋涂空穴傳輸材料，旋涂轉(zhuǎn)速為100-5000rpm，在濕度低于30%條件下進(jìn)行操作； 步驟7:在經(jīng)過(guò)步驟6處理后的導(dǎo)電基底上采用熱蒸鍍金或銀電極，最終得到高效鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，電極厚度在20-150nm。5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述的介孔半導(dǎo)體材料為T12、ZnO、A1203、Zr02、Si02顆粒制成的稀釋楽料，稀釋比在1-10之間。6.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述的導(dǎo)電襯底為FT0玻璃、IT0玻璃、柔性PET基底或石墨烯導(dǎo)電基底。7.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述的半導(dǎo)體氧化物傳輸層為ZnO、T12、N1或Sn02薄膜或者該種半導(dǎo)體的陣列等高比表面積結(jié)構(gòu)，厚度為10-200nm，沉積方法為原子層沉積法、磁控濺射技術(shù)、物理氣相沉積、熱蒸發(fā)法化學(xué)氣相沉積、溶膠凝膠法、噴涂法、水熱法或涂布法。8.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述步驟3中的沉積法為磁控濺射法、原子層沉積技術(shù)，溶膠凝膠法、物理氣相沉積或化學(xué)氣相沉積法。9.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述步驟4中的沉積法包括原子層沉積法、磁控濺射技術(shù)、物理氣相沉積、熱蒸發(fā)法化學(xué)氣相沉積、溶膠凝膠法或噴涂法，其中，旋涂法的轉(zhuǎn)速在1000-8000rpm之間；噴涂法的噴涂溫度在100_300°C之間。10.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述步驟6中所述的空穴傳輸材料為spiro-MeOTAD 或氧化鎳
【專利摘要】本發(fā)明涉及光伏電池，提供了一種高效鈣鈦礦太陽(yáng)能電池及其制備方法。該種鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)是傳統(tǒng)的介孔型結(jié)構(gòu)：導(dǎo)電襯底、半導(dǎo)體氧化物傳輸層、介孔層、有機(jī)無(wú)機(jī)雜化的鈣鈦礦層、空穴傳輸層以及金屬對(duì)電極。本發(fā)明在傳統(tǒng)的介孔型電池結(jié)構(gòu)中引入了絕緣緩沖層實(shí)現(xiàn)了高效鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的構(gòu)建。電池中加入緩沖薄層后雖有助于抑制界面處的電子-空穴復(fù)合，但是絕緣材料的引入往往會(huì)降低光電流。然而本發(fā)明通過(guò)界面調(diào)控，加入絕緣緩沖層之后電流不但沒(méi)有下降反而提升，電池性能得到改善，為得到高效鈣鈦礦太陽(yáng)能電池提供了新的制備途徑。該種方法工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，有助于提高鈣鈦礦光伏器件的光學(xué)性能和穩(wěn)定性，具有良好的應(yīng)用前景。
【IPC分類】H01L31/0352, H01L31/18, H01L31/042
【公開(kāi)號(hào)】CN105428438
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510254769
【發(fā)明人】張躍, 司浩楠, 廖慶亮, 張光杰, 馬明園
【申請(qǐng)人】北京科技大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年3月23日
【申請(qǐng)日】2015年5月18日