本發(fā)明屬于鈣鈦礦太陽能電池制備，具體涉及一種抑制寬帶隙混合鹵化物鈣鈦礦太陽能電池相分離的方法。

背景技術(shù)：

1、在雙碳背景下，未來太陽能在一次能源的消費(fèi)占比預(yù)計(jì)超過25%。太陽能作為一種可再生能源已經(jīng)受到社會(huì)重視，其市場前景可期。近年來，鈣鈦礦太陽能電池作為一種新型的光伏技術(shù)在穩(wěn)定性和效率方面均得到了迅速發(fā)展，其光電轉(zhuǎn)換特性優(yōu)越、帶隙可調(diào)節(jié)等優(yōu)勢(shì)顯著，具有巨大的發(fā)展前景。

2、在鈣鈦礦-晶硅疊層太陽能電池中，作為頂電池的鈣鈦礦層帶隙較寬，其與底電池晶硅層疊層后，可以突破單層鈣鈦礦太陽能電池的效率極限（s-q?limit）。然而，由于寬帶隙鈣鈦礦太陽能電池在成分上同時(shí)含有溴、碘離子等多種鹵化物，在對(duì)電池持續(xù)施加光照的過程中，上述鹵化物容易出現(xiàn)相分離的問題，即原先黑暗條件下以均勻點(diǎn)陣形式分布的溴、碘離子，會(huì)越過鈣鈦礦薄膜中的晶界發(fā)生遷移，分別形成溴和碘的富集區(qū)域，對(duì)電池效率和穩(wěn)定性造成了嚴(yán)重的影響。因此，相分離是寬帶隙鈣鈦礦太陽能電池應(yīng)用中亟需解決的難題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供了一種抑制寬帶隙混合鹵化物鈣鈦礦太陽能電池相分離的方法，通過在鈣鈦礦溶液中添加聚合物添加劑來抑制溴離子和碘離子在晶界處的遷移過程，降低缺陷態(tài)密度，均一化薄膜應(yīng)力分布，實(shí)現(xiàn)太陽能電池效率和穩(wěn)定性的提升。

2、為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

3、一種抑制寬帶隙混合鹵化物鈣鈦礦太陽能電池相分離的方法，在制備太陽能電池過程中，旋涂鈣鈦礦層之前將一定量的聚合物溶液與鈣鈦礦溶液進(jìn)行充分混合；再以混合溶液的形式旋涂后退火制備鈣鈦礦層；

4、所述聚合物不僅要起到抑制相分離的作用，還需要保持最終鈣鈦礦光伏電池的良好工作狀態(tài)，因此在聚合物需要具有疏水基團(tuán)，且聚合物分子有良好的耐光性和介電性能，所述聚合物優(yōu)選pmma（聚甲基丙烯酸甲酯）、ps（聚苯乙烯）、pvp（聚乙烯吡咯烷酮）或speek（磺化聚醚醚酮）；

5、所述混合溶液中聚合物濃度為0.2-1.5?mg/ml，過小和過大的聚合物添加劑濃度都會(huì)導(dǎo)致鈣鈦礦光伏電池最終工作狀態(tài)不佳。

6、有益效果：本發(fā)明提供了一種抑制寬帶隙混合鹵化物鈣鈦礦太陽能電池相分離的方法，通過前期將聚合物添加劑溶液和鈣鈦礦溶液以一定比例混合，再以混合溶液的形式旋涂在玻片上后退火；在旋涂過程中聚合物添加劑能夠作用于鈣鈦礦薄膜的晶界處，形成有效屏障，通過物理作用阻隔使碘、溴離子不易通過，將溴離子、碘離子的移動(dòng)限制在單個(gè)晶胞內(nèi)，防止出現(xiàn)大面積的同種離子聚集，限制了富碘、富溴相的形成與分離，從而抑制了相分離；由于聚合物添加劑可以加固晶界，在旋涂時(shí)能夠促進(jìn)形成更致密、光滑的鈣鈦礦薄膜，聚合物添加劑促進(jìn)形成的優(yōu)質(zhì)鈣鈦礦薄膜有助于鈣鈦礦太陽能電池工作時(shí)的電子、空穴傳導(dǎo)，同時(shí)能夠顯著降低缺陷態(tài)密度，有助于均勻薄膜表面的應(yīng)力分布，大大提升了鈣鈦礦光伏器件的性能。而且本發(fā)明方法操作簡單，有利于推廣使用。

技術(shù)特征：

1.一種抑制寬帶隙混合鹵化物鈣鈦礦太陽能電池相分離的方法，其特征在于，在制備太陽能電池過程中，制備鈣鈦礦層之前將聚合物溶液與鈣鈦礦溶液進(jìn)行充分混合；再以混合溶液的形式制備鈣鈦礦層；制備得到的鈣鈦礦層中所述聚合物在鈣鈦礦薄膜的晶界處形成屏障。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抑制寬帶隙混合鹵化物鈣鈦礦太陽能電池相分離的方法，其特征在于，所述聚合物具有疏水基團(tuán)，且具有耐光性和介電性能。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的抑制寬帶隙混合鹵化物鈣鈦礦太陽能電池相分離的方法，其特征在于，所述聚合物為聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚乙烯吡咯烷酮或磺化聚醚醚酮。

4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的抑制寬帶隙混合鹵化物鈣鈦礦太陽能電池相分離的方法，其特征在于，所述混合溶液中聚合物濃度為0.2-1.5?mg/ml。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抑制寬帶隙混合鹵化物鈣鈦礦太陽能電池相分離的方法，其特征在于，所述鈣鈦礦太陽能電池的制備包括以下步驟：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的抑制寬帶隙混合鹵化物鈣鈦礦太陽能電池相分離的方法，其特征在于，制備niox層的旋涂速度為4000?rpm，時(shí)間為40?s；退火溫度為150℃，時(shí)間為20min。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的抑制寬帶隙混合鹵化物鈣鈦礦太陽能電池相分離的方法，其特征在于，制備sam層的旋涂速度為4000?rpm，時(shí)間為30秒；退火溫度為100℃，時(shí)間為5分鐘。

8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的抑制寬帶隙混合鹵化物鈣鈦礦太陽能電池相分離的方法，其特征在于，制備鈣鈦礦層的旋涂條件為：旋涂速度為4500?rpm，時(shí)間為45?s，在旋涂至倒計(jì)時(shí)約20?s時(shí)，滴加250?μl反溶劑氯苯于鈣鈦礦薄膜上，最后120℃退火20?min。

9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的抑制寬帶隙混合鹵化物鈣鈦礦太陽能電池相分離的方法，其特征在于，通過真空蒸發(fā)鍍膜法制備c60，bcp和ag，在1×10-4?pa的真空條件下，蒸鍍c60?25nm，速率0.1??/s；蒸鍍bcp?5?nm，速率0.1??/s；蒸鍍銀電極100?nm，速率0.5??/s。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種抑制寬帶隙混合鹵化物鈣鈦礦太陽能電池相分離的方法，屬于鈣鈦礦太陽能電池制備技術(shù)領(lǐng)域，通過改變鈣鈦礦前驅(qū)體溶液的組分實(shí)現(xiàn)對(duì)相分離的抑制，從而降低薄膜缺陷態(tài)密度和均一化薄膜應(yīng)力分布。本發(fā)明通過在鈣鈦礦前驅(qū)體溶液中添加一定量的聚合物溶液，再以混合溶液的形式制備鈣鈦礦層；制備得到的鈣鈦礦層中所述聚合物在鈣鈦礦薄膜的晶界處形成屏障，聚合物添加劑能夠發(fā)揮在鈣鈦礦薄膜晶界處的攔截作用，減少相同鹵化物離子的聚集，抑制了相分離現(xiàn)象。

技術(shù)研發(fā)人員：程遠(yuǎn)航,吳佳佳,劉入銘,林君豪,褚文斐,楊皓冉
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南京理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6