本發(fā)明屬于太陽能電池，具體涉及一種鈣鈦礦吸光層制備方法及其太陽能電池。

背景技術(shù)：

1、鈣鈦礦太陽能電池作為一種新興薄膜太陽能電池，由于具有制備成本低、弱光效應(yīng)好、光電轉(zhuǎn)換效率上限高、可制備柔性器件等優(yōu)點，在便攜式能源、室內(nèi)光伏、建筑光伏一體化等領(lǐng)域具有廣闊的前景。特別是其光電轉(zhuǎn)換效率提升迅速，小面積(<0.1cm2)單結(jié)鈣鈦礦太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換認證效率(pce)已從2009年的3.8％提升到2023年的26.1％，鈣鈦礦-鈣鈦礦疊層太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換認證效率達到28％，鈣鈦礦-晶硅疊層太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換認證效率達到33.9％。

2、然而，在向產(chǎn)業(yè)化迅猛發(fā)展的過程中，鈣鈦礦太陽能電池面臨著大面積制備的鈣鈦礦吸光層薄膜結(jié)晶質(zhì)量不高、載流子復合缺陷多等問題，尤其是溶液法制備過程中由濕膜固化結(jié)晶的過程中，由于退火過程造成晶粒尺寸生長不均勻，晶界缺陷多從而導致載流子復合嚴重，極大影響了電池的光電轉(zhuǎn)換效率。

3、中國發(fā)明專利cn111933809b提出了一種在濕膜上覆蓋含納米級遮蓋膜或遮蓋板的方法，通過控制溶劑揮發(fā)速度來調(diào)控結(jié)晶。但是該方法由于蓋板和濕膜直接接觸，存在濕膜溶液容易在蓋板上粘附的問題，并且使用的聚合物如聚醚砜、聚偏氟乙烯等膜材料容易被鈣鈦礦前驅(qū)體溶液中的dmf、dmso、gbl、nmp等溶劑溶解，造成遮蓋膜不能重復使用或向鈣鈦礦中引入雜質(zhì)等問題。

4、專利公開號cn113745405a提出了一種對鈣鈦礦薄膜進行蓋板加壓后再退火處理的方法，由于直接接觸薄膜，也可能存在蓋板污染的問題。

5、因此，現(xiàn)有技術(shù)中具有改善結(jié)晶質(zhì)量且操作方便、工藝簡單的鈣鈦礦吸光層薄膜制備方法仍然是一個空缺。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，開發(fā)提出了一種鈣鈦礦吸光層制備方法及其太陽能電池，使其不僅簡化操作步驟，降低污染材料的可能性，同時具有改善吸光層結(jié)晶質(zhì)量和減少界面缺陷的功能，從而提高鈣鈦礦太陽能電池的性能。

2、本發(fā)明所述的鈣鈦礦吸光層及其太陽能電池的制備方法，具體步驟如下：

3、一、一種鈣鈦礦吸光層制備方法，方法包括如下步驟：

4、首先在沉積有載流子傳輸層的基底上涂覆形成鈣鈦礦前驅(qū)體濕膜后；

5、接著對鈣鈦礦前驅(qū)體濕膜進行預結(jié)晶成核操作形成已成核的薄膜；

6、然后將帶有已成核的薄膜的基底置于帶有多孔膜的框架內(nèi)，對已成核的薄膜加熱使薄膜其完全固化結(jié)晶，使得已成核的薄膜在帶有多孔膜的框架內(nèi)被加熱；

7、最后移走帶有多孔膜的框架完成前述加熱的退火工藝。

8、本發(fā)明突破性地在預結(jié)晶成核后將完全固化結(jié)晶上下方設(shè)置多孔膜，使得鈣鈦礦前驅(qū)體溶液在被有限制的環(huán)境中固化結(jié)晶，前驅(qū)體溶液會揮發(fā)出氣體，這樣環(huán)境下能夠抑制氣體的流動，定向防止氣體流動，進而提高鈣鈦礦吸光層的結(jié)晶質(zhì)量而減少界面缺陷，從而顯著提高電池的效率。

9、所述沉積有載流子傳輸層的基底是在氧化銦錫ito或?qū)щ娿熷a氧化物fto的導電基底上沉積有二氧化錫、二氧化鈦等電子傳輸層，或氧化鎳、ptaa等空穴傳輸層。

10、所述鈣鈦礦前驅(qū)體濕膜是由鈣鈦礦前驅(qū)體溶液涂覆后形成，所述的鈣鈦礦前驅(qū)體溶液采用不同帶隙的鈣鈦礦吸光層材料溶解于有機溶劑中形成。

11、所述鈣鈦礦吸光層材料為甲胺鉛碘、甲脒鉛碘、銫鉛碘等中的一種或幾種；

12、所述有機溶劑為2-甲氧基乙醇、二甲基甲酰胺、二甲基亞砜和n-甲基吡咯烷酮等中的一種或幾種。

13、所述鈣鈦礦前驅(qū)體溶液的涂覆方法包括旋涂(包括滴加反溶劑旋涂)、刀片涂布、狹縫涂布、噴涂等；

14、所述預結(jié)晶成核操作包括抽真空、風刀吹掃、預加熱等中的一種或幾種?？梢允峭瑫r幾種，也可以依次實施，比如加熱的同時抽真空，或者風刀吹掃的時候加熱。

15、所述框架的頂面和底面均設(shè)置多孔膜，框架支撐起多孔膜，將帶有已成核的薄膜的基底放置在框架底面的多孔膜上，框架頂面的多孔膜和已成核的薄膜之間存在間隙，帶有多孔膜的框架將基底的上下側(cè)包圍。具體使框架頂面的多孔膜平行于基底且距離基底0.1mm到5mm。

16、所述框架為金屬、橡膠、木材或耐熱塑料等材質(zhì)，為長方形框架，框架各面的中間和空間內(nèi)部均鏤空；

17、所述多孔膜孔徑為20nm到20μm，多孔膜孔隙率為25％到80％；

18、多孔膜的材質(zhì)為耐溶劑的陽極氧化鋁aao、不銹鋼網(wǎng)、銅網(wǎng)、玻璃纖維膜、聚酰亞胺膜、尼龍膜、聚丙烯膜、聚四氟乙烯膜等。

19、所述已成核的薄膜的加熱條件是，加熱溫度70-150℃，加熱時間1-30min。

20、二、一種鈣鈦礦吸光層，采用上述方法制備而成。

21、三、一種鈣鈦礦太陽能電池，基于上述方法制備成鈣鈦礦吸光層后，再在上面依次沉積另一層載流子傳輸層、界面緩沖層和金屬電極，從而組裝成的鈣鈦礦太陽能電池。

22、本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)的有益效果：

23、本發(fā)明解決了鈣鈦礦太陽能電池制備過程中，鈣鈦礦吸光層均勻性不好以及缺陷較多的問題。

24、本發(fā)明通過使用帶有耐高溫框架的耐溶劑多孔膜，避免了材料互相污染，提高了材料利用率和工作效率，降低了成本，并且制備出具有大尺寸晶粒的鈣鈦礦吸光層，降低了界面缺陷，提高了電池效率。

25、本發(fā)明的制備方法步驟簡單、條件溫和、可重復性強，制備的鈣鈦礦太陽能電池效率高，適合于大規(guī)模生產(chǎn)推廣和應(yīng)用。

26、本發(fā)明可為大面積鈣鈦礦太陽能電池的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)提供技術(shù)支持，有望產(chǎn)生良好的社會和經(jīng)濟效益。

技術(shù)特征：

1.一種鈣鈦礦吸光層制備方法，其特征在于，方法包括如下步驟：

2.如權(quán)利要求1所述的鈣鈦礦吸光層制備方法，其特征在于，

3.如權(quán)利要求1所述的鈣鈦礦吸光層制備方法，其特征在于，

4.如權(quán)利要求3所述的鈣鈦礦吸光層制備方法，其特征在于，

5.如權(quán)利要求1所述的鈣鈦礦吸光層制備方法，其特征在于，

6.如權(quán)利要求1所述的鈣鈦礦吸光層制備方法，其特征在于，

7.如權(quán)利要求6所述的鈣鈦礦吸光層制備方法，其特征在于，

8.如權(quán)利要求1所述的鈣鈦礦吸光層制備方法，其特征在于，

9.一種鈣鈦礦吸光層，其特征在于，采用權(quán)利要求1-8任一所述方法制備而成。

10.一種鈣鈦礦太陽能電池，其特征在于，

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種鈣鈦礦吸光層制備方法及其太陽能電池。本發(fā)明是在沉積有載流子傳輸層的基底上涂覆鈣鈦礦前驅(qū)體形成濕膜，后對濕膜進行預結(jié)晶成核操作，再置于帶有多孔膜的框架內(nèi)，對已成核的薄膜加熱使其完全固化結(jié)晶，使得已成核的薄膜在帶有多孔膜的框架內(nèi)被加熱；最后移走帶有多孔膜的框架完成。本發(fā)明是通過使用帶有耐高溫框架的耐溶劑多孔膜，避免了污染，提高了利用率和效率，并且制備出具有大尺寸晶粒的鈣鈦礦吸光層，降低了界面缺陷，制備步驟簡單，條件溫和，可重復性強，應(yīng)用價值高。

技術(shù)研發(fā)人員：畢偉輝,肖思遠,鐘宇飛
受保護的技術(shù)使用者：浙江大學寧波“五位一體”校區(qū)教育發(fā)展中心
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19