本發(fā)明涉及光伏電池，尤其是涉及一種鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法、光伏組件。

背景技術(shù)：

1、鈣鈦礦太陽能電池是近年來光伏技術(shù)領(lǐng)域的一項重要突破。鈣鈦礦材料具有獨特的光電特性，包括高吸光系數(shù)、長載流子擴散長度和可調(diào)諧的帶隙，使其成為具有高能量轉(zhuǎn)換效率的潛在太陽能電池材料。自2009年首次報道鈣鈦礦太陽能電池以來，其能量轉(zhuǎn)換效率從最初的3.8％迅速提升到目前的26％以上，接近硅基太陽能電池的效率。這種顯著的效率提升主要歸功于材料優(yōu)化、工藝改進(jìn)和器件結(jié)構(gòu)創(chuàng)新。鈣鈦礦材料的通式為abx3，其中a為有機或無機陽離子(如甲基銨、甲脒銨或銫離子)，b為金屬陽離子(如鉛或錫)，x為鹵素陰離子(如碘、溴或氯)。鈣鈦礦的獨特晶體結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成使其能夠有效地吸收太陽光并產(chǎn)生光生電荷，進(jìn)而提高太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率。

2、阻礙鈣鈦礦太陽能電池大規(guī)模應(yīng)用的主要原因是鈣鈦礦薄膜制備工藝限制，傳統(tǒng)鈣鈦礦薄膜的制備需要反溶劑的進(jìn)一步處理才能得到均勻性較好的鈣鈦礦薄膜，但是反溶劑的使用不僅限制了鈣鈦礦的制備尺寸，同時反溶劑的毒性問題也是主要原因之一。

3、因此，亟需開發(fā)一種無反溶劑的鈣鈦礦太陽能電池的制備方法。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明第一方面提出一種鈣鈦礦太陽能電池的制備方法；該方法一方面能夠避免使用反溶劑，另一方面能夠有效提高薄膜質(zhì)量和器件性能。

2、本發(fā)明第二方面還提供一種鈣鈦礦太陽能電池。

3、本發(fā)明第三方面還提供一種光伏組件。

4、根據(jù)本發(fā)明的第一方面實施例提供的一種鈣鈦礦太陽能電池的制備方法，包括如下步驟：

5、s1、將自組裝單分子材料(sam)和有機溶劑混合得到溶液i；將溶液i和吡咯烷酮類化合物混合得到溶液ii；在導(dǎo)電基底的表面上涂覆溶液ii；退火i，即得空穴傳輸層；

6、s2、將鈣鈦礦前驅(qū)體溶液涂覆在空穴傳輸層的表面上進(jìn)行退火ii，即得鈣鈦礦薄膜；

7、s3、在鈣鈦礦薄膜的表面上依次制備電子傳輸層、空穴阻擋層和電極即得鈣鈦礦太陽能電池；

8、所述吡咯烷酮類化合物選自2-吡咯烷酮、n-甲基吡咯烷酮或n-乙基吡咯烷酮中的至少一種。

9、根據(jù)本發(fā)明實施例的制備方法，至少具有如下有益效果：

10、相關(guān)技術(shù)中有直接采用自組裝單分子材料作為空穴傳輸層制備無反溶劑鈣鈦礦太陽能電池，但是由于自組裝單分子材料的homo能級與無反溶劑鈣鈦礦薄膜的homo能級不匹配，導(dǎo)致空穴傳輸受阻，開壓損失較大。

11、而本發(fā)明采用吡咯烷酮類化合物與自組裝單分子材料進(jìn)行混合；通過吡咯烷酮類化合物上的羰基基團(tuán)與自組裝單分子材料進(jìn)行結(jié)合，從而達(dá)到降低homo能級的目的，進(jìn)而達(dá)到空穴傳輸層能級可調(diào)。從而制備出高性能無反溶劑鈣鈦礦太陽能電池。

12、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述溶液i和所述吡咯烷酮類化合物的體積比為100：(0.5～3)。當(dāng)吡咯烷酮類化合物的體積用量過低時，改善效果不明顯，當(dāng)吡咯烷酮類化合物的體積用量過高時，會影響sam發(fā)生團(tuán)聚，從而降低導(dǎo)電能力，降低傳空穴能力。由此，當(dāng)溶液i和吡咯烷酮類化合物的體積比在本發(fā)明的限定范圍內(nèi)，能夠制備高性能的鈣鈦礦太陽能電池。

13、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述溶液i的質(zhì)量濃度為0.3mg/ml～1mg/ml。

14、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述自組裝單分子材料選自me-4pacz((4-(3,6-二甲基-9h-咔唑-9-基)丁基)膦酸)、meo-2pacz((2-(3,6-二甲基-9h-咔唑-9-基)乙基)膦酸)或4padcb([4-(7h-二苯并咔唑-7-基)丁基]膦酸)中的至少一種。

15、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述鈣鈦礦前驅(qū)體溶液的成分選自faxcs(1-x)pbi3；其中，x為0.83～0.95。由此，鈣鈦礦的晶型結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定。

16、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，步驟s1中，所述退火i的溫度為80℃～100℃。

17、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，步驟s1中，所述退火i的時間為10min～30min。

18、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，步驟s2中，所述退火ii的溫度為130℃～150℃。

19、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，步驟s2中，所述退火ii的時間為10min～30min。

20、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述電子傳輸層的材料選自c60或pcbm。

21、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述空穴阻擋層的材料選自bcp、乙酰丙酮鎬、tpbi:1,3,5三(1-苯基-1h-苯并咪唑-2-基)苯中的至少一種。

22、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述電極的材料的選自金、銅或銀。

23、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述電子傳輸層的厚度為30～50nm。

24、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述阻擋層的厚度為6～10nm。

25、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述電極的厚度為100～200nm。

26、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述導(dǎo)電基底包括氧化銦錫導(dǎo)電玻璃基底(ito)或者摻氟二氧化錫導(dǎo)電玻璃基底(fto)。

27、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述導(dǎo)電基底在使用之前還經(jīng)過了預(yù)處理。

28、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述預(yù)處理的步驟包括清洗、超聲和紫外臭氧照射。

29、根據(jù)本發(fā)明的第二方面實施例提供的一種鈣鈦礦太陽能電池，由本發(fā)明第一方面所述的制備方法制備得到。

30、本發(fā)明第三方面提供一種光伏組件，包括本發(fā)明第二方面所述的鈣鈦礦太陽能電池。

31、本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發(fā)明而了解。

技術(shù)特征：

1.一種鈣鈦礦太陽能電池的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈣鈦礦太陽能電池的制備方法，其特征在于，所述溶液i和所述吡咯烷酮類化合物的體積比為100：(0.5～3)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈣鈦礦太陽能電池的制備方法，其特征在于，所述溶液i的質(zhì)量濃度為0.3mg/ml～1mg/ml。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈣鈦礦太陽能電池的制備方法，其特征在于，所述自組裝單分子材料選自me-4pacz、meo-2pacz或4padcb中的至少一種。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈣鈦礦太陽能電池的制備方法，其特征在于，所述鈣鈦礦前驅(qū)體溶液的成分選自faxcs(1-x)pbi3；其中，x為0.83～0.95。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈣鈦礦太陽能電池的制備方法，其特征在于，步驟s1中，所述退火i的溫度為80℃～100℃。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈣鈦礦太陽能電池的制備方法，其特征在于，步驟s2中，所述退火ii的溫度為130℃～150℃。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈣鈦礦太陽能電池的制備方法，其特征在于，步驟s2中，所述退火ii的時間為10min～30min。

9.一種鈣鈦礦太陽能電池，其特征在于，由權(quán)利要求1～8任一項所述的制備方法制備得到。

10.一種光伏組件，其特征在于，包括權(quán)利要求9所述的鈣鈦礦太陽能電池。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法、光伏組件；該制備方法包括如下步驟：S1、將自組裝單分子材料和有機溶劑混合得到溶液I；將溶液I和吡咯烷酮類化合物混合得到溶液II；在導(dǎo)電基底的表面上涂覆溶液II；退火I即得空穴傳輸層；S2、將鈣鈦礦前驅(qū)體溶液涂覆在空穴傳輸層的表面上進(jìn)行退火II即得鈣鈦礦薄膜；S3、在鈣鈦礦薄膜的表面上依次制備電子傳輸層、空穴阻擋層和電極即得鈣鈦礦太陽能電池；所述吡咯烷酮類化合物選自2?吡咯烷酮、N?甲基吡咯烷酮或N?乙基吡咯烷酮中的至少一種。該方法一方面能夠避免使用反溶劑，另一方面能夠有效提高薄膜質(zhì)量和器件性能。

技術(shù)研發(fā)人員：徐保民,江波,吳佳汶,章勇,王行柱
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南方科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/23