一種鈣鈦礦光吸收復合層、鈣鈦礦太陽電池及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于太陽電池制備技術領域，具體涉及一種含有有機-無機雜化的鈣鈦礦材料的太陽電池及其制備方法。
技術背景
[0002]有機無機鈣鈦礦材料是近年來頗受關注的一種半導體材料，這種雜化材料不但具備無機半導體優(yōu)良的光電性能與穩(wěn)定性，也具備有機物制備便利的優(yōu)點。利用這種材料制備的太陽電池，生產過程簡易、成本低、轉換效率高，成為了光伏產業(yè)及科研機構關注的前沿和焦點。為了提高鈣鈦礦電池的光電轉換效率，一般采用兩種手段:一是調節(jié)鈣鈦礦分子的有機或無機集團的構成元素和分子結構，使鈣鈦礦薄膜具有更優(yōu)良的光電性能；二是通過尋找新的電子傳輸層緩沖層，或改進沉積手段，以優(yōu)化電池各層的界面特性。但是，這些已有的鈣鈦礦電池結構均為采用單一鈣鈦礦材料薄層制成的單節(jié)電池，我們知道，太陽能電池的理論轉換效率取決于光電材料的禁帶寬度。而單一鈣鈦礦材料具有特定的帶寬，并且吸收譜寬往往有限，而且，在研究中發(fā)現(xiàn)，在優(yōu)化鈣鈦礦材料的吸收譜寬時，往往會出現(xiàn)吸收譜寬拓寬同時伴隨著光吸收強度下降的現(xiàn)象。如太陽能電池中常使用的CH3NH3PbI3材料，雖然其在太陽光400 — 800nm( 1.55-3.1eV)波段均有吸收，但吸收強度很低，而且在500 — 800nm(2.48-3.1eV)—段吸收更少。因此成為了效率提高的嚴重障礙。為解決單一吸收材料吸收光譜窄的問題，許多研究機構采用鈣鈦礦電池與硅電池兩種子電池串聯(lián)形成形成疊層電池，或制成HIT型疊層電池。雖然這些方法可增加紅外光的吸收使組件效率提升，但是，增加了子電池(如硅電池)導致制作工藝較昂貴，使電池制造成本大大增加。因此。這一設計不利于工業(yè)化生產。
[0003]為了增加電池對光的吸收量，在不增加成本的前提下，我們提出一種將具有不同禁帶寬度的幾種鈣鈦礦材料，通過沉積手段，制成一種含不同種類鈣鈦礦分子的復合薄膜的方法，并把這種薄膜利用在鈣鈦礦電池中，就能夠在不增加子電池數(shù)的前提下使太陽電池獲得對光能更大限度的吸收，進一步提高鈣鈦礦電池的轉換效率。由于本方法工藝經濟、便利，因此控制了電池制作成本。有望實現(xiàn)產業(yè)化。

【發(fā)明內容】

[0004]針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供一種含不同種鈣鈦礦分子的鈣鈦礦光吸收復合層及其制備方法，并提供一種具有鈣鈦礦光吸收復合層的鈣鈦礦太陽電池的制備方法，提高電池的轉換效率。經過對鈣鈦礦材料進行選擇、設計和吸收帶寬的調整，鈣鈦礦光吸收復合層可更廣泛地吸收太陽光光譜中具有不同能量的光子，對光子收集范圍得到拓展，同時光的吸收強度不會因波段的拓展而下降。
[0005]為了達到上述目的，本發(fā)明的技術方案為:
[0006]—種鈣鈦礦光吸收復合層包含多個鈣鈦礦單層自下而上逐層沉積而成，每一鈣鈦礦單層有固定的吸收帶隙寬度，從最上單層至最下單層，吸收帶隙寬度逐層減小。先沉積制備最下一層鈣鈦礦層，再依次逐層沉積上面幾層鈣鈦礦單層，直至最上一層。所述的每個鈣鈦礦單層的分子的結構為AMX3，其中，M為金屬陽離子，A為有機陽離子集團，X為鹵族元素。鈣鈦礦光吸收復合層的各層的鈣鈦礦分子可以具有完全不同的陽離子集團A、金屬陽離子M、和鹵素X種類，也可以是具有完全相同或部分組分相同的一系列有機無機鈣鈦礦分子;每個鈣鈦礦單層的分子成分可以是同種的鈣鈦礦分子，也可以是不同種類的鈣鈦礦分子。當有機無機鈣鈦礦分子部分組分相同時，可以但不限于這種情況:第一層是AMX3鈣鈦礦層，最下一層為AMY3鈣鈦礦層，Y為另一不同于X的鹵族元素，介于第一層和最下一層之間的各層，可以是AMXxY3-x的混合I丐鈦礦層，X表不AMX3與AMY3兩種分子的混合比例。
[0007]所述的單層鈣鈦礦薄膜的吸收帶寬一般在0.8— 4.8eV范圍內，整個鈣鈦礦光吸收復合層含有多個鈣鈦礦單層，是具有不同帶寬的多個鈣鈦礦分子的疊加，使鈣鈦礦光吸收復合層在很寬的光譜范圍內對光子有較強的光子收集能力的吸收層，含有這種復合層的鈣鈦礦太陽電池的轉換效率會得到明顯的提高。
[0008]一種具有上述鈣鈦礦光吸收復合層的鈣鈦礦太陽電池，鈣鈦礦太陽電池自下而上包括導電玻璃、電子傳輸層、鈣鈦礦光吸收復合層、空穴傳輸層和頂部導電層。所述的導電玻璃為包括IT0，F(xiàn)T0等多種材料;所述的電子傳輸層主要成分為T12,厚度為50 — 800nm;所述的鈣鈦礦光吸收復合層厚度為0.01 — ΙΟΟμπι，每個鈣鈦礦單層的厚度為5 — 800nm;所述的空穴傳輸層厚度為0.I 一 50μπι。
[0009]鈣鈦礦太陽電池中鈣鈦礦光吸收復合層可以為多層，以7層的鈣鈦礦復合層為例，如圖1所示，自下而上，依次為第I層鈣鈦礦單層，第II層鈣鈦礦單層，第III層鈣鈦礦單層，第IV層鈣鈦礦單層，第V層鈣鈦礦單層，第VI層鈣鈦礦單層，第VII層鈣鈦礦單層。
[0010]—種制備上述鈣鈦礦太陽電池的方法，具體包括以下步驟:
[0011]第一步，清洗導電玻璃基片，并進行表面處理;所述的清洗劑包括丙酮、酒精或去離子水。
[0012]第二步，制備電子傳輸層
[0013]將T12漿料涂覆在處理后的導電玻璃上，80-180°C烘烤3-12min后；在400-550°C退火處理1-2.5h。
[0014]第三步，制備鈣鈦礦光吸收復合層
[0015]在電子傳輸層之上，根據鈣鈦礦光吸收復合層的帶寬、厚度優(yōu)化設計參數(shù)，沉積并烘干第一層鈣鈦礦單層，并逐層沉積并烘干位于該第一層之上各鈣鈦礦單層制成鈣鈦礦復合光吸收復合層;最后對整個鈣鈦礦復合層在60-180°C進行退火處理l_30min。所述的沉積方法為旋涂法、氣相沉積法、噴涂法、浸潤法、蒸發(fā)法。
[0016]第四步，制備空穴傳輸層
[0017]將0.01-2mol/L的2，2’，7，7’_四[N，N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9’-螺二芴(spiro-MeOTAD)的溶液沉積到|丐鈦礦光吸收復合層之上，得到p型空穴傳輸層。第五步，在空穴傳輸層頂部覆蓋導電層，得到鈣鈦礦太陽電池;所述的導電層為導電玻璃或含金屬電極的透光膜。
[0018]本發(fā)明的有益效果為:將具有不同禁帶寬度的幾種鈣鈦礦材料設計制成為一種鈣鈦礦光吸收復合層，能夠拓展薄膜對太陽光譜中不同波長光的吸收范圍。采用鈣鈦礦光吸收復合層制備太陽能電池，和普通鈣鈦礦電池相比，能夠在不增加子電池數(shù)的前提下，提高對光子的利用率和對光能的吸收強度。電池的光電轉換效率將得到提高。該電池比以往的疊層電池工藝經濟、簡便，因此控制了電池制作成本。非常有利于未來實現(xiàn)鈣鈦礦電池的工業(yè)化制造。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明中鈣鈦礦光吸收復合層的結構剖視圖；
[0020]圖2為本發(fā)明鈣鈦礦太陽能電池的結構剖視圖；
[0021]圖3為本發(fā)明實例I的鈣鈦礦太陽能電池的結構剖視圖；
[0022]圖中:1第1層鈣鈦礦單層，2第II層鈣鈦礦單層，3第III層鈣鈦礦單層，4第IV層鈣鈦礦單層，5第V層鈣鈦礦單層，6第VI層鈣鈦礦單層，7第VII層鈣鈦礦單層，8導電玻璃，9電子傳輸層，10鈣鈦礦光吸收復層，11空穴傳輸層，12頂部導電層，13鈣鈦礦光吸收復合薄膜的鈣鈦礦I層，14鈣鈦礦光吸收復合薄膜的鈣鈦礦II層，15鈣鈦礦光吸收復合薄膜的鈣鈦礦III層，16鈣鈦礦光吸收復合薄膜的鈣鈦礦IV層。
【具體實施方式】
[0023]實施例1:
[0024]如圖3，本實施例提供一種具有光吸收復合層的鈣鈦礦太陽電池的制作方法，該電池自下而上包括:導電玻璃8、電子傳輸層9、鈣鈦礦光吸收復層10、空穴傳輸層11和頂部導電層12，該實例中的鈣鈦礦光吸收復層10的結構，含有四個鈣鈦礦單層，每層含單一鈣鈦礦分子成分，自下而上分別為鈣鈦礦I層13、鈣鈦礦II層14、鈣鈦礦III層15、鈣鈦礦IV層16。這四種鈣鈦礦分子具有部分相同的組分，I層是AMX3鈣鈦礦層，II層是AMX2Y1，III層為AMX1Y2，IV層為AMY3鈣鈦礦層，Y為另一不同