本申請涉(she)(she)及(ji)太陽能電(dian)(dian)池，特別是涉(she)(she)及(ji)一(yi)種大(da)面積(ji)寬帶(dai)隙鈣(gai)鈦(tai)礦太陽能電(dian)(dian)池和鈣(gai)鈦(tai)礦/晶(jing)硅疊(die)層太陽能電(dian)(dian)池。

背景技術：

1、近(jin)年(nian)來，單(dan)結鈣(gai)鈦(tai)(tai)礦(kuang)太(tai)(tai)(tai)陽(yang)能(neng)電(dian)池(chi)(chi)一(yi)直在不斷接近(jin)其理論肖克(ke)利-奎瑟（s-q）效率極(ji)限，自2009年(nian)問世以來快(kuai)速實現了(le)接近(jin)26%的最高光電(dian)轉(zhuan)換(huan)效率。為了(le)進一(yi)步提(ti)升太(tai)(tai)(tai)陽(yang)能(neng)電(dian)池(chi)(chi)的光電(dian)轉(zhuan)換(huan)效率，目前最有(you)潛力(li)的方法是(shi)通過將寬(kuan)帶(dai)(dai)(dai)(dai)隙(xi)(xi)(wbg)鈣(gai)鈦(tai)(tai)礦(kuang)太(tai)(tai)(tai)陽(yang)能(neng)電(dian)池(chi)(chi)與晶(jing)硅電(dian)池(chi)(chi)集成來構建串聯疊層(ceng)太(tai)(tai)(tai)陽(yang)能(neng)電(dian)池(chi)(chi)，其中，寬(kuan)帶(dai)(dai)(dai)(dai)隙(xi)(xi)鈣(gai)鈦(tai)(tai)礦(kuang)太(tai)(tai)(tai)陽(yang)能(neng)電(dian)池(chi)(chi)是(shi)指采(cai)用寬(kuan)帶(dai)(dai)(dai)(dai)隙(xi)(xi)的鈣(gai)鈦(tai)(tai)礦(kuang)材料(liao)作為吸(xi)光層(ceng)的太(tai)(tai)(tai)陽(yang)能(neng)能(neng)電(dian)池(chi)(chi)，特別是(shi)帶(dai)(dai)(dai)(dai)隙(xi)(xi)為1.65ev~1.78ev的寬(kuan)帶(dai)(dai)(dai)(dai)隙(xi)(xi)鈣(gai)鈦(tai)(tai)礦(kuang)吸(xi)光層(ceng)對于實現鈣(gai)鈦(tai)(tai)礦(kuang)/晶(jing)硅疊層(ceng)太(tai)(tai)(tai)陽(yang)能(neng)電(dian)池(chi)(chi)中鈣(gai)鈦(tai)(tai)礦(kuang)和硅子(zi)電(dian)池(chi)(chi)之(zhi)間(jian)理想的電(dian)流匹配至關(guan)重要。

2、然而(er)(er)，傳統(tong)的(de)(de)(de)帶隙(xi)為(wei)1.65ev~1.78ev的(de)(de)(de)寬(kuan)帶隙(xi)鈣鈦(tai)礦(kuang)吸光層面臨較(jiao)大的(de)(de)(de)能(neng)量損(sun)失(shi)，其(qi)原(yuan)因在于(yu)寬(kuan)帶隙(xi)鈣鈦(tai)礦(kuang)吸光層存(cun)在較(jiao)多深能(neng)級(ji)的(de)(de)(de)缺(que)陷，進而(er)(er)導(dao)致(zhi)較(jiao)為(wei)嚴(yan)重的(de)(de)(de)非輻射復合損(sun)失(shi)，開(kai)路(lu)電(dian)壓(voc)較(jiao)低。同時，傳統(tong)的(de)(de)(de)寬(kuan)帶隙(xi)鈣鈦(tai)礦(kuang)太(tai)陽能(neng)電(dian)池中(zhong)通常采(cai)用自組裝(zhuang)單(dan)分子(zi)(zi)層（sams）作(zuo)為(wei)空穴傳輸層，但是(shi)sams層在放(fang)大基底尺寸的(de)(de)(de)大面積(ji)寬(kuan)帶隙(xi)鈣鈦(tai)礦(kuang)太(tai)陽能(neng)電(dian)池制備時極易出現(xian)空間(jian)分布(bu)不均勻的(de)(de)(de)問題，進而(er)(er)導(dao)致(zhi)大面積(ji)的(de)(de)(de)器(qi)件性能(neng)出現(xian)明顯損(sun)耗，短(duan)路(lu)電(dian)流密度（jsc）和(he)填充因子(zi)(zi)(ff)偏低。如此，大面積(ji)寬(kuan)帶隙(xi)鈣鈦(tai)礦(kuang)太(tai)陽能(neng)電(dian)池的(de)(de)(de)器(qi)件效率難(nan)以(yi)得到有效提(ti)升。

技術實現思路

1、基(ji)于(yu)此，本申請提供一種大面積寬(kuan)帶隙鈣鈦礦(kuang)(kuang)(kuang)太陽(yang)能電池(chi)和鈣鈦礦(kuang)(kuang)(kuang)/晶硅疊(die)層太陽(yang)能電池(chi)，該大面積寬(kuan)帶隙鈣鈦礦(kuang)(kuang)(kuang)太陽(yang)能電池(chi)具有較高的(de)器(qi)件效率。

2、本申請的第一(yi)方面，提供一(yi)種(zhong)大面積(ji)寬帶隙鈣鈦(tai)(tai)礦太陽能(neng)電池，包(bao)括(kuo)層(ceng)(ceng)疊(die)設置的第一(yi)電極層(ceng)(ceng)、空穴傳輸層(ceng)(ceng)、鈣鈦(tai)(tai)礦層(ceng)(ceng)、電子(zi)傳輸層(ceng)(ceng)和第二電極層(ceng)(ceng)，所述(shu)大面積(ji)寬帶隙鈣鈦(tai)(tai)礦太陽能(neng)電池的制備步驟包(bao)括(kuo)如下(xia)步驟：

3、在所述第一電極層的(de)(de)表面施加含空穴傳輸材(cai)料的(de)(de)溶液，制備所述空穴傳輸層；所述空穴傳輸材(cai)料包括自組裝單分子(zi)層材(cai)料；

4、在(zai)所述空穴(xue)傳(chuan)輸層的(de)表面(mian)旋涂鈣(gai)鈦(tai)礦前(qian)驅(qu)體(ti)溶(rong)(rong)液，旋涂的(de)過程中加入反溶(rong)(rong)劑(ji)，然后退火制備所述鈣(gai)鈦(tai)礦層；所述鈣(gai)鈦(tai)礦前(qian)驅(qu)體(ti)溶(rong)(rong)液包(bao)括寬帶(dai)隙鈣(gai)鈦(tai)礦前(qian)驅(qu)體(ti)材料和磷(lin)酸咔唑(zuo)(zuo)類(lei)添(tian)加劑(ji)，所述鈣(gai)鈦(tai)礦前(qian)驅(qu)體(ti)溶(rong)(rong)液中，所述磷(lin)酸咔唑(zuo)(zuo)類(lei)添(tian)加劑(ji)的(de)濃度為(wei)0.3mmol/l~1.5mmol/l；

5、在所(suo)述鈣鈦礦層的表面(mian)依(yi)次制(zhi)備所(suo)述電(dian)子傳輸層和所(suo)述第二電(dian)極層。

6、在其中(zhong)一(yi)些(xie)實施例中(zhong)，所述(shu)磷酸咔唑類添(tian)加劑包(bao)括2pacz、meo-2pacz、meo-4padbc、me-4pacz、dmacpa和(he)4pacdcb中(zhong)的(de)一(yi)種或(huo)多(duo)種。

7、在其中一些實施例中，所(suo)述(shu)鈣(gai)鈦礦前驅體溶(rong)液中，所(suo)述(shu)磷酸咔唑類添加劑的濃(nong)度為0.8mmol/l~1.2mmol/l。

8、在其中一(yi)(yi)些(xie)實施(shi)例(li)中，所(suo)述鈣鈦礦前驅體溶(rong)(rong)液的(de)溶(rong)(rong)劑(ji)(ji)包括第(di)一(yi)(yi)溶(rong)(rong)劑(ji)(ji)與第(di)二(er)(er)溶(rong)(rong)劑(ji)(ji)的(de)混合物，所(suo)述第(di)一(yi)(yi)溶(rong)(rong)劑(ji)(ji)為(wei)(wei)dmf，所(suo)述第(di)二(er)(er)溶(rong)(rong)劑(ji)(ji)為(wei)(wei)dmso、nmp、2-me、dmpu和(he)nep中的(de)一(yi)(yi)種或多種。

9、在(zai)其中(zhong)(zhong)一些(xie)實施例中(zhong)(zhong)，所述反溶(rong)劑(ji)包(bao)括氯(lv)苯、苯甲醚、乙醚和異丙醇(chun)中(zhong)(zhong)的(de)一種或多種。

10、在其(qi)中一(yi)些實(shi)施例(li)中，退火(huo)的條件包括：溫度為(wei)90℃~120℃，時間為(wei)25min~35min。

11、在其(qi)中一些(xie)實(shi)施例中，所述自(zi)組(zu)裝單分(fen)子層材(cai)料包(bao)括2pacz、meo-2pacz、meo-4padbc、me-4pacz、dmacpa和(he)4pacdcb中的一種或多(duo)種。

12、在其中一些實施例中，所述寬帶隙(xi)鈣鈦礦前(qian)驅體材(cai)料(liao)具有如下(xia)結構通式：

13、ab(xny1-n)3，其(qi)中，a包括ch3nh3+、c4h9nh3+、nh2ch＝nh2+和cs+中的(de)一種或多種；b包括pb2+；x、y包括cl-、br-或i-，且(qie)x與(yu)y不(bu)同；0＜n＜1。

14、在其中一(yi)些(xie)實施(shi)例中，所述大面(mian)積(ji)寬帶隙(xi)鈣(gai)鈦(tai)礦太(tai)陽能(neng)電池(chi)的有效面(mian)積(ji)>1cm2。

15、本(ben)申請的第二方(fang)面(mian)(mian)，提供一(yi)種鈣鈦(tai)礦(kuang)/晶(jing)硅疊(die)層太陽能(neng)(neng)電池(chi)，包括第一(yi)方(fang)面(mian)(mian)所(suo)述的大面(mian)(mian)積寬帶隙鈣鈦(tai)礦(kuang)太陽能(neng)(neng)電池(chi)以(yi)及(ji)晶(jing)硅電池(chi)。

16、上(shang)述大(da)(da)面(mian)積寬(kuan)帶(dai)(dai)隙(xi)鈣(gai)鈦(tai)(tai)(tai)礦(kuang)(kuang)太(tai)陽能(neng)電池，針對(dui)采(cai)用寬(kuan)帶(dai)(dai)隙(xi)鈣(gai)鈦(tai)(tai)(tai)礦(kuang)(kuang)材料和(he)自(zi)組裝單分(fen)子層(ceng)材料（sams）作為空穴傳(chuan)(chuan)輸(shu)層(ceng)的(de)(de)(de)太(tai)陽能(neng)電池，在制備鈣(gai)鈦(tai)(tai)(tai)礦(kuang)(kuang)層(ceng)采(cai)用的(de)(de)(de)鈣(gai)鈦(tai)(tai)(tai)礦(kuang)(kuang)前驅體(ti)溶液(ye)中(zhong)引(yin)入一(yi)定(ding)濃度的(de)(de)(de)磷(lin)(lin)酸咔唑類(lei)添加劑(ji)，如此鈣(gai)鈦(tai)(tai)(tai)礦(kuang)(kuang)前驅體(ti)溶液(ye)在施加至(zhi)空穴傳(chuan)(chuan)輸(shu)層(ceng)表(biao)面(mian)并(bing)進(jin)行旋涂的(de)(de)(de)過(guo)程(cheng)中(zhong)，通過(guo)加入反溶劑(ji)，促使(shi)磷(lin)(lin)酸咔唑類(lei)添加劑(ji)被“擠出”到(dao)鈣(gai)鈦(tai)(tai)(tai)礦(kuang)(kuang)層(ceng)的(de)(de)(de)下界(jie)面(mian)，一(yi)方面(mian)，增強空穴傳(chuan)(chuan)輸(shu)層(ceng)中(zhong)的(de)(de)(de)sams對(dui)第一(yi)電極層(ceng)的(de)(de)(de)錨定(ding)作用，彌補sams在較(jiao)大(da)(da)尺寸基底上(shang)分(fen)布(bu)不均勻的(de)(de)(de)漏洞，提(ti)(ti)升電荷傳(chuan)(chuan)輸(shu)效(xiao)果，減(jian)少損耗，提(ti)(ti)升短路(lu)電流密度（jsc）和(he)填充因子(ff)；另一(yi)方面(mian)，還(huan)可以(yi)鈍化寬(kuan)帶(dai)(dai)隙(xi)鈣(gai)鈦(tai)(tai)(tai)礦(kuang)(kuang)層(ceng)晶(jing)界(jie)的(de)(de)(de)缺陷(xian)，減(jian)少缺陷(xian)密度，提(ti)(ti)高鈣(gai)鈦(tai)(tai)(tai)礦(kuang)(kuang)層(ceng)的(de)(de)(de)質量，提(ti)(ti)升開路(lu)電壓(voc)，進(jin)而綜(zong)合(he)提(ti)(ti)高器件，尤其是大(da)(da)面(mian)積寬(kuan)帶(dai)(dai)隙(xi)鈣(gai)鈦(tai)(tai)(tai)礦(kuang)(kuang)太(tai)陽能(neng)電池的(de)(de)(de)穩定(ding)性和(he)效(xiao)率。

17、其中，需要合理控制(zhi)鈣(gai)鈦礦前驅(qu)體溶液中磷酸(suan)咔唑類(lei)添加劑的(de)(de)濃度，添加量(liang)過少，能以(yi)實現(xian)如(ru)上所(suo)述兩(liang)方面的(de)(de)效(xiao)(xiao)果，而添加量(liang)過多則(ze)會影響(xiang)鈣(gai)鈦礦薄(bo)膜(mo)的(de)(de)成(cheng)膜(mo)結晶過程，導致其質量(liang)偏低，同時磷酸(suan)咔唑類(lei)添加劑會往(wang)下(xia)偏移使形成(cheng)的(de)(de)sam層過厚，阻(zu)礙(ai)電(dian)荷傳輸(shu)效(xiao)(xiao)果，進(jin)而也難以(yi)提升(sheng)器件的(de)(de)穩定性(xing)和效(xiao)(xiao)率。

技術特征：

1.一(yi)種大面積(ji)寬(kuan)帶隙鈣(gai)鈦(tai)(tai)礦太陽能(neng)(neng)電池(chi)(chi)，其特征在于，包(bao)括層(ceng)(ceng)疊(die)設置(zhi)的第一(yi)電極層(ceng)(ceng)、空穴傳輸層(ceng)(ceng)、鈣(gai)鈦(tai)(tai)礦層(ceng)(ceng)、電子傳輸層(ceng)(ceng)和第二(er)電極層(ceng)(ceng)，所述大面積(ji)寬(kuan)帶隙鈣(gai)鈦(tai)(tai)礦太陽能(neng)(neng)電池(chi)(chi)的制備步(bu)驟包(bao)括如下步(bu)驟：

2.根(gen)據權利(li)要(yao)求1所(suo)述的大面積(ji)寬帶隙鈣鈦礦太陽能電池，其(qi)特征在于，所(suo)述磷(lin)酸(suan)咔唑類(lei)添加劑包(bao)括2pacz、meo-2pacz、meo-4padbc、me-4pacz、dmacpa和(he)4pacdcb中的一種或多種。

3.根據權(quan)利要求1所(suo)(suo)述的大面積寬(kuan)帶隙鈣鈦礦太陽能電(dian)池，其(qi)特(te)征在于，所(suo)(suo)述鈣鈦礦前(qian)驅體溶液中(zhong)，所(suo)(suo)述磷酸(suan)咔唑類添加劑(ji)的濃度為0.8mmol/l~1.2mmol/l。

4.根據權(quan)利要求(qiu)1~3任一(yi)(yi)項所(suo)(suo)述(shu)的大面積寬(kuan)帶隙鈣鈦礦太(tai)陽(yang)能電池，其(qi)特征在(zai)于(yu)，所(suo)(suo)述(shu)鈣鈦礦前驅體溶液的溶劑(ji)包括第(di)一(yi)(yi)溶劑(ji)與第(di)二溶劑(ji)的混合(he)物，所(suo)(suo)述(shu)第(di)一(yi)(yi)溶劑(ji)為dmf，所(suo)(suo)述(shu)第(di)二溶劑(ji)為dmso、nmp、2-me、dmpu和nep中的一(yi)(yi)種(zhong)或多種(zhong)。

5.根據權利要求1~3任一項所述的(de)大面積寬帶隙鈣鈦(tai)礦太陽能電池，其特征(zheng)在于，所述反(fan)溶劑包括氯(lv)苯(ben)、苯(ben)甲(jia)醚(mi)、乙醚(mi)和異丙醇中的(de)一種或多種。

6.根據權利要求1~3任一項所(suo)述的大面積寬帶隙鈣鈦礦太(tai)陽能電池，其特征在于，退火的條件包(bao)括：溫度為(wei)90℃~120℃，時間為(wei)25min~35min。

7.根據權利要(yao)求(qiu)1~3任一項所(suo)述(shu)的大面(mian)積(ji)寬帶隙(xi)鈣(gai)鈦礦太(tai)陽能電池，其特(te)征在于，所(suo)述(shu)自組裝單(dan)分子層材料包括2pacz、meo-2pacz、meo-4padbc、me-4pacz、dmacpa和4pacdcb中的一種或多種。

8.根據權利(li)要求1~3任一項所(suo)述(shu)(shu)的大(da)面(mian)積寬帶隙(xi)鈣(gai)鈦(tai)礦(kuang)(kuang)太(tai)陽能電池(chi)，其特征在于(yu)，所(suo)述(shu)(shu)寬帶隙(xi)鈣(gai)鈦(tai)礦(kuang)(kuang)前驅體材料具有如下(xia)結構(gou)通式：

9.根(gen)據(ju)權利要求1~3任一項所述的大面(mian)積(ji)(ji)寬(kuan)帶隙鈣鈦(tai)礦太(tai)陽能電池，其(qi)特征在(zai)于(yu)，所述大面(mian)積(ji)(ji)寬(kuan)帶隙鈣鈦(tai)礦太(tai)陽能電池的有(you)效(xiao)面(mian)積(ji)(ji)>1cm2。

10.一(yi)(yi)種鈣鈦礦/晶硅(gui)疊層太(tai)陽(yang)能(neng)(neng)電(dian)池(chi)，其(qi)特征在于，包括權(quan)利要求1~9任一(yi)(yi)項(xiang)所述的大面(mian)積寬帶隙鈣鈦礦太(tai)陽(yang)能(neng)(neng)電(dian)池(chi)以及(ji)晶硅(gui)電(dian)池(chi)。

技術總結
本申請涉及一種大面積寬帶隙鈣鈦礦太陽能電池和鈣鈦礦/晶硅疊層太陽能電池。所述大面積寬帶隙鈣鈦礦太陽能電池，包括層疊設置的第一電極層、空穴傳輸層、鈣鈦礦層、電子傳輸層和第二電極層，所述大面積寬帶隙鈣鈦礦太陽能電池的制備步驟包括如下步驟：在所述第一電極層的表面施加含空穴傳輸材料的溶液，制備所述空穴傳輸層；所述空穴傳輸材料包括自組裝單分子層材料；在所述空穴傳輸層的表面旋涂鈣鈦礦前驅體溶液，旋涂的過程中加入反溶劑，然后退火制備所述鈣鈦礦層；所述鈣鈦礦前驅體溶液包括寬帶隙鈣鈦礦前驅體材料和磷酸咔唑類添加劑；在所述鈣鈦礦層的表面制備所述第二電極層。該大面積寬帶隙鈣鈦礦太陽能電池具有較高的器件效率。

技術研發人員：方達富
受保護的技術使用者：深圳現象光伏科技有限公司
技術研發日：
技術公布日：2024/9/29