本發(fā)明涉及鈣鈦礦太陽能電池，具體而言，涉及一種鈣鈦礦太陽能電池的制備方法、鈣鈦礦太陽能電池和疊層電池。

背景技術(shù)：

1、隨著光伏領(lǐng)域的快速發(fā)展，鈣鈦礦太陽能電池成為新一代光伏發(fā)電技術(shù)的典型代表，其制備工藝簡單、加工方式多種多樣、成本低廉、高性能等優(yōu)點受到了越來越多的關(guān)注，并且其帶隙可調(diào)，這一特點也顯著有別于傳統(tǒng)的晶硅材料，目前單節(jié)鈣鈦礦太陽電池的效率已從3.8％增至26.1％，非常接近晶體硅太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率記錄，表現(xiàn)出極大的產(chǎn)業(yè)化潛力。

2、但是鈣鈦礦太陽能電池的鈣鈦礦吸光層的薄膜缺陷長期制約鈣鈦礦太陽電池光電轉(zhuǎn)換效率和器件穩(wěn)定性。為了解決上述問題，現(xiàn)有技術(shù)通常從組分工程、界面工程和添加劑工程中采用針對性鈍化策略的方式來緩解薄膜缺陷對鈣鈦礦太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率和器件穩(wěn)定性的影響。但是，目前組分工程、界面工程和添加劑工程中鈍化的材料與鈣鈦礦吸光層之間達不到較好的配位與相互作用，鈣鈦礦吸光層的薄膜缺陷的鈍化效果不理想，仍然不能影響著鈣鈦礦太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性。

3、因此，亟需一種新的制備工藝，以解決由于鈣鈦礦吸光層的薄膜缺陷導(dǎo)致的鈣鈦礦太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率低和穩(wěn)定性差的問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的主要目的在于提供一種鈣鈦礦太陽能電池的制備工藝、鈣鈦礦太陽能電池和疊層電池，以解決現(xiàn)有技術(shù)中由于鈣鈦礦吸光層的薄膜缺陷導(dǎo)致的鈣鈦礦太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率低和穩(wěn)定性差的問題。

2、為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種鈣鈦礦太陽能電池的制備方法，包括：提供透明導(dǎo)電層，透明導(dǎo)電層的一側(cè)形成空穴傳輸層；在空穴傳輸層遠離透明導(dǎo)電層的一側(cè)形成自組裝分子層；在自組裝分子層遠離空穴傳輸層的一側(cè)形成鈣鈦礦薄膜，并采用蒸汽罩包裹鈣鈦礦薄膜，蒸汽罩具有與外界連通的第一通道，鈣鈦礦薄膜具有位于a位的第一陽離子；通過第一通道將含有鹵素離子和第二陽離子的汽態(tài)化合物通入蒸汽罩，以使鈣鈦礦薄膜中的部分鈣鈦礦晶體與汽態(tài)化合物發(fā)生置換反應(yīng)以形成鈣鈦礦吸光層，其中，置換反應(yīng)用于將部分鈣鈦礦晶體中的第一陽離子置換為第二陽離子，第二陽離子的離子半徑大于第一陽離子的離子半徑；移除蒸汽罩，并在鈣鈦礦吸光層遠離自組裝分子層的一側(cè)形成電子傳輸層。

3、可選地，蒸汽罩具有與外界連通的第二通道，方法還包括：在形成鈣鈦礦吸光層的步驟之后且移除蒸汽罩的步驟之前，通過第一通道將惰性氣體通入至蒸汽罩，以使惰性氣體將沒有參與置換反應(yīng)的汽態(tài)化合物通過第二通道從蒸汽罩中去除。

4、可選地，形成自組裝分子層的步驟包括：將異烷基銨鹽酸鹽和自組裝分子層中的自組裝分子按照預(yù)設(shè)比例進行混合，以得到混合溶液；將混合溶液涂覆在空穴傳輸層遠離透明導(dǎo)電層的一側(cè)，以形成含有異烷基銨鹽酸鹽和自組裝分子的濕膜；對濕膜進行熱處理，以形成自組裝分子層。

5、可選地，異烷基銨鹽酸鹽為6-(碘代-5-氮雜烷基)乙酸。

6、可選地，自組裝分子層中的自組裝分子包括以下其中之一：(2-(9h-咔唑-9-基)乙基)膦酸層、[2-(3,6-二甲氧基-9h-咔唑-9-基)乙基]膦酸層、[4-(3,6-二甲基氧-9h-咔唑-9-基)丁基]膦酸層和甲氧基-4-苯基-1,2-丙二酮。

7、可選地，形成鈣鈦礦薄膜的步驟包括：在自組裝分子層遠離空穴傳輸層的一側(cè)形成鈣鈦礦前驅(qū)體薄膜；對鈣鈦礦前驅(qū)體薄膜進行熱處理，以形成鈣鈦礦薄膜，其中，熱處理的溫度小于或等于100℃。

8、可選地，第一陽離子為甲基胺離子(ma+)，第二陽離子為胍離子(ga+)。

9、可選地，空穴傳輸層為氧化鎳層。

10、根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種鈣鈦礦太陽能電池，包括：位于透明導(dǎo)電層一側(cè)的空穴傳輸層；自組裝分子層，位于空穴傳輸層遠離透明導(dǎo)電層的一側(cè)；鈣鈦礦吸光層，位于自組裝分子層遠離空穴傳輸層的一側(cè)，鈣鈦礦吸光層具有位于a位的陽離子，陽離子包括第一陽離子和第二陽離子，第一陽離子和第二陽離子的離子半徑不同；電子傳輸層，位于鈣鈦礦吸光層遠離自組裝分子層的一側(cè)。

11、可選地，自組裝分子層具有多個不同的官能團，官能團包括甲氧基、膦酸基團和羧基。

12、可選地，鈣鈦礦太陽能電池還包括：第一電極層，位于空穴傳輸層遠離自組裝分子層的一側(cè)；第二電極層，位于電子傳輸層遠離鈣鈦礦吸光層的一側(cè)。

13、根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種疊層電池，包括晶硅電池和上述的任一種鈣鈦礦太陽能電池。

14、應(yīng)用本發(fā)明的技術(shù)方案，提供了一種鈣鈦礦太陽能電池的制備方法，該制備方法包括在提供的透明導(dǎo)電層的一側(cè)首先形成空穴傳輸層，之后在空穴傳輸層遠離透明導(dǎo)電層的一側(cè)形成了自組裝分子層，接著在自組裝分子層遠離空穴傳輸層的一側(cè)形成了鈣鈦礦吸光層。上述自組裝分子層不僅可以調(diào)節(jié)空穴傳輸層和鈣鈦礦吸光層界面處的能級，以改善空穴傳輸層和鈣鈦礦吸光層的能級匹配；還可以增強空穴傳輸層和鈣鈦礦吸光層之間的粘附力，以減少界面處的缺陷和不穩(wěn)定性，從而達到促進空穴的有效傳輸和減少能量損失的效果。進一步地，本申請的實施例在形成上述鈣鈦礦吸光層的步驟中，首先形成了鈣鈦礦薄膜abx3，a為第一陽離子，進而在將鈣鈦礦薄膜采用蒸汽罩包裹之后，通過蒸汽罩的第一通道將含有鹵素離子和第二陽離子的汽態(tài)化合物通入到了蒸汽罩中，使得鈣鈦礦薄膜中的部分鈣鈦礦晶體與汽態(tài)化合物發(fā)生了置換反應(yīng)(即，將部分鈣鈦礦薄膜abx3中位于a位的第一陽離子置換為了第二陽離子)，并最終形成了鈣鈦礦吸光層。其中，由于上述第二陽離子的離子半徑大于第一陽離子的離子半徑，因此發(fā)生置換反應(yīng)之后的膜層質(zhì)量相比于鈣鈦礦薄膜的膜層質(zhì)量更加致密均勻，從而得到骨架更穩(wěn)定的鈣鈦礦吸光層。進而在該鈣鈦礦吸光層遠離自組裝分子層的一側(cè)形成電子傳輸層之后，能夠得到性能更好的鈣鈦礦太陽能電池，從而解決了現(xiàn)有技術(shù)中由于鈣鈦礦吸光層的薄膜缺陷導(dǎo)致的鈣鈦礦太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率低和穩(wěn)定性差的問題。

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：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述蒸汽罩具有與外界連通的第二通道，所述方法還包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，形成所述自組裝分子層的步驟包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述異烷基銨鹽酸鹽為6-(碘代-5-氮雜烷基)乙酸。

5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的制備方法，其特征在于，所述自組裝分子層中的自組裝分子包括以下其中之一：(2-(9h-咔唑-9-基)乙基)膦酸層、[2-(3,6-二甲氧基-9h-咔唑-9-基)乙基]膦酸層、[4-(3,6-二甲基氧-9h-咔唑-9-基)丁基]膦酸層和甲氧基-4-苯基-1,2-丙二酮。

6.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的制備方法，其特征在于，形成所述鈣鈦礦薄膜的步驟包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的制備方法，其特征在于，所述第一陽離子為甲基胺離子，所述第二陽離子為胍離子。

8.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的制備方法，其特征在于，所述空穴傳輸層為氧化鎳層。

9.一種鈣鈦礦太陽能電池，其特征在于，包括：

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的鈣鈦礦太陽能電池，其特征在于，所述自組裝分子層具有多個不同的官能團，所述官能團包括甲氧基、膦酸基團和羧基。

11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的鈣鈦礦太陽能電池，其特征在于，所述鈣鈦礦太陽能電池還包括：

12.一種疊層電池，其特征在于，包括晶硅電池和權(quán)利要求9至11中任一項所述的鈣鈦礦太陽能電池。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法。制備方法包括：提供透明導(dǎo)電層，透明導(dǎo)電層的一側(cè)形成空穴傳輸層；在空穴傳輸層遠離透明導(dǎo)電層的一側(cè)形成自組裝分子層；在自組裝分子層遠離空穴傳輸層的一側(cè)形成鈣鈦礦薄膜，并采用蒸汽罩包裹鈣鈦礦薄膜，鈣鈦礦薄膜具有位于A位的第一陽離子；通過蒸汽罩的第一通道將含有鹵素離子和第二陽離子的汽態(tài)化合物通入蒸汽罩，以使鈣鈦礦薄膜中的部分鈣鈦礦晶體與汽態(tài)化合物發(fā)生置換反應(yīng)以形成鈣鈦礦吸光層，其中，置換反應(yīng)用于將部分鈣鈦礦晶體中的第一陽離子置換為第二陽離子，第二陽離子的離子半徑大于第一陽離子的離子半徑；移除蒸汽罩，并在鈣鈦礦吸光層遠離自組裝分子層的一側(cè)形成電子傳輸層。

技術(shù)研發(fā)人員：張雅文,宗貝貝,邱開富,王永謙,陳剛
受保護的技術(shù)使用者：珠海富山愛旭太陽能科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/23