一種寬范圍光譜吸收的鈣鈦礦光伏材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光伏材料領(lǐng)域，特別涉及一種寬范圍光譜吸收的鈣鈦礦光伏材料及其 制備方法，特別是提高太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。
【背景技術(shù)】
[0002] 在化石燃料日趨減少的情況下，太陽能有著取之不盡、分布廣泛、清潔的特點， 相對于其他能源有很大優(yōu)勢。太陽能電池的不斷開發(fā)與應用將太陽能直接有效地轉(zhuǎn)化為電 能供人類使用，并不斷得到發(fā)展。
[0003] 鈣鈦礦太陽能電池是由鈣鈦礦作為吸收層而命名的，它由染料敏化電池發(fā)展而 來，截止2013年，鈣鈦礦薄膜太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率在5年的時間內(nèi)從3.8%迅速提高到 經(jīng)過認證的16.2%。鈣鈦礦材料在電池中起著十分重要的作用，鈣鈦礦晶體為ABX 3結(jié)構(gòu)，一 般為立方體或八面體結(jié)構(gòu)，晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，鈣鈦礦材料的禁帶寬度在1.5eV附近，吸收系數(shù) 高達1〇 5,在可見光區(qū)域400-800nm吸收能力較好，并且在藍光波段的光的吸收效果明顯優(yōu) 于硅太陽能電池。但是，在紫外300-400nm，及近紅外區(qū)域800-1400nm的吸收比較少，所 以，要改善鈣鈦礦型太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率，需要增加鈣鈦礦太陽能電池在可見光區(qū) 域的光吸收以及拓展其在紫外和紅外光區(qū)域的光吸收效率。
[0004] 為了提高鈣鈦礦太陽能電池對紫外及紅外光區(qū)域太陽光的吸光能力弱及光電轉(zhuǎn) 化效率低的缺陷，同時進一步增強鈣鈦礦太陽能電池可見光區(qū)域太陽光的吸收，現(xiàn)有技術(shù) 中，中國專利公開號104576929A公開了一種鈣鈦礦-硫化鉛量子點疊層太陽電池及其制備 方法。電池加入了硫化鉛量子點，通過鈣鈦礦和硫化鉛兩種吸光層復合，拓展了光譜范圍， 增強光電流，獲得疊層電池。然而，這種結(jié)構(gòu)上進行堆疊的電池在制備過程中容易出現(xiàn)兩種 吸光層之間是固固接觸，接觸不夠緊密，層間易產(chǎn)生缺陷，嚴重影響了電池光電轉(zhuǎn)換的穩(wěn)定 性，造成電池效率不均一，重復性差。
[0005] 中國專利公開號104409642A公開了一種鈣鈦礦/P型量子點復合結(jié)構(gòu)太陽能電池 的制備方法，采用了 P型半導體量子點材料替代昂貴的有機空穴傳輸材料，能有效分離太 陽能電池中的光生載流子，降低電子與空穴的復合，顯著提高填充因子和光電轉(zhuǎn)換效率。但 是，專利公開的方案中也只是將量子點膠體涂覆在已經(jīng)固化的鈣鈦礦表面，在得到的電池 中也是固相與固相的接觸面仍然容易出現(xiàn)接觸不緊密，量子點層與鈣鈦礦層之間存在眾多 雜質(zhì)和懸掛鍵，導致電池中存在眾多電子-空穴復合中心，致使制備的電池效率不均一。
[0006] 綜上所述，現(xiàn)有擴展鈣鈦礦電池的吸收范圍中還沒有一種結(jié)構(gòu)在制備過程中脫離 固相與固相接觸面趨多，電子在傳輸中面臨很大的勢皇阻隔，在利用量子點的寬吸收域和 鈣鈦礦制備簡單的共同優(yōu)勢時，也破壞了鈣鈦礦材料在電池中的延續(xù)性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 為了解決上述的不足和缺陷，本發(fā)明采用溶液法合成量子點之后，與介孔電子傳 輸材料一起加入鈣鈦礦前驅(qū)液，與鈣鈦礦層一同涂覆在電子傳輸層之上，不僅利用了量子 點具備寬吸收域的優(yōu)勢，還利用鈣鈦礦前驅(qū)液的溶液特性，可以將鈣鈦礦前驅(qū)液與量子點 雜化，輸送到量子點與介孔材料的空隙中的優(yōu)勢，提高量子點與鈣鈦礦結(jié)構(gòu)層的接觸面積， 提高光空穴分離的效率，從而提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率。本發(fā)明實施例提供一種寬范圍光 譜吸收的鈣鈦礦光伏材料及其制備方法，使用該方法制備的太陽能電池，光電轉(zhuǎn)化效率提 尚。
[0008] 本發(fā)明提供了一種寬范圍光譜吸收的鈣鈦礦光伏材料及其制備方法，所述方法包 括:在鈣鈦礦反應物中加入添加劑，形成無機粒子雜化鈣鈦礦前驅(qū)體溶液，然后將所述前驅(qū) 體溶液旋涂到覆蓋有電子傳輸材料或的基底上，150°C熱處理后形成復合鈣鈦礦吸光層薄 膜； 所述電子傳輸材料為氧化鋅、氧化鈦、氧化錫中的一種或多種。
[0009] 所述的添加劑包括，鹵化物，二硫化碳，氧化鋯納米顆粒，正己胺。
[0010] 所述鹵化物包括氯化亞銅，氯化亞錫，碘化亞銅，氟化亞錫等，優(yōu)選氯化亞銅。
[0011] 所述鈣鈦礦的反應物包括鹵化鉛和鹵化甲胺；優(yōu)選地，所述鹵化鉛包括碘化鉛； 優(yōu)選地，所述鹵化甲胺包括碘化甲胺。
[0012] 作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述方法包括所述方法包括： (1)將鹵化物、氧化鋯與正己胺混合，室溫下攪拌1~5小時，再向其中緩慢滴加二硫化 碳，并保持攪拌，轉(zhuǎn)移溶液到高壓反應釜，反應釜升溫至120~180°C反應2~5小時，自然冷卻 至室溫，獲得添加劑A。
[0013] (2)將鹵化鉛與鹵化甲胺溶解于溶劑中，10~100°C下攪拌1~30h，然后加入 添加劑A，繼續(xù)攪拌1~20h，得到鈣鈦礦前驅(qū)體溶液。
[0014] (3)然后將所述前驅(qū)體溶液旋涂到覆蓋有電子傳輸材料或的基底上，150°C熱處 理后形成復合鈣鈦礦吸光層薄膜。
[0015] 作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述鹵化物：氧化鋯顆粒:正己胺:二硫化碳的摩爾比為 1.0:0.3-1.0:100-1000：0.9~1.5 〇
[0016] 作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述高壓反應釜的升溫速度為5~10°C/min 作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述氧化錯納米顆粒的粒徑在50~500 nm 作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述鹵化鉛與鹵化甲胺的摩爾比在1:1.1~1:2.5之間。
[0017] 作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述旋涂的轉(zhuǎn)速是600~3000rpm，優(yōu)選在1000~ 3000rpm〇
[0018] 作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述溶劑選自甲酰胺、乙酰胺、N-甲基甲酰胺、N，N-二 甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺和γ- 丁內(nèi)酯中的1種或多種。
[0019] 本發(fā)明中，所述使用的基底材料為導電玻璃材料，為本領(lǐng)域的熟知的。
[0020] 本發(fā)明中，所述覆蓋有電子傳輸材料的基底的制備方法是本領(lǐng)域的熟知的，比如 可以采用以下方法：磁控濺射或者脈沖激光沉積的方法在導電玻璃基底上制備致密的電 子傳輸層，電子傳輸材料如Ζη0(氧化鋅）、Ti〇2 (二氧化鈦）。
[0021] 本發(fā)明中，形成了鈣鈦礦吸光層薄膜以后，再蒸鍍一層50~500nm厚的鋁(A1)、 銀(Ag)或金(Au)電極，最終組裝成太陽電池。
[0022] 利用本發(fā)明制備的寬范圍光譜吸收鈣鈦礦太陽能電池與同等條件下吸收層采用 鈣鈦礦層和量子點層相疊合的太陽能電池對比如下：
本申請實施例中的上述一個或多個技術(shù)方案，至少具有如下一種或多種技術(shù)效果： 1、由于本方案采用溶液法合成量子點之后，與介孔電子傳輸材料一起加入鈣鈦礦前驅(qū) 液，與鈣鈦礦層一同涂覆在電子傳輸層之上，不僅利用了量子點具備寬吸收域的優(yōu)勢，還利 用鈣鈦礦前驅(qū)液的溶液流動特性，可以將鈣鈦礦前驅(qū)液與量子點雜化，輸送到量子點與介 孔材料的空隙中的優(yōu)勢，提高量子點與鈣鈦礦結(jié)構(gòu)層的接觸面積，提高光空穴分離的效率， 從而提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率。本發(fā)明實施例提供一種寬范圍光譜吸收的鈣鈦礦光伏材料 及其制備方法，使用該方法制備的太陽能電池，光電轉(zhuǎn)化效率提高。
[0023] 2、由于本方案中采用量子點材料，進而可以通過改變量子點的大小對太陽光譜裁 剪，分波長范圍吸收，提高電池對太陽光譜的吸收效率。
[0024] 3、本發(fā)明生產(chǎn)工藝簡單可控，適合大面積生產(chǎn)，生產(chǎn)成本較低，具有市場應用價 值。
【具體實施方式】
[0025] 通過【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步的詳細說明，但不應將此理解為本發(fā)明的范 圍僅限于以下的實例。在不脫離本發(fā)明上述方法思想的情況下，根據(jù)本領(lǐng)域普通技術(shù)知識 和慣用手段做出的各種替換或變更，均應包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0026] 實施例一 本實施例包括以下步驟：將1. Ommo 1的氯化亞銅、0.3mmo 1粒徑為2 0 Onm的氧化錯納米 顆粒和0. lmo 1正己胺混合，室溫下攪拌1小時，再向其中緩慢滴加0.9mmo 1二硫化碳，并保持 攪拌，得到褐色溶液，轉(zhuǎn)移溶液到高壓反應釜，高壓反應釜的升溫