本申請(qǐng)涉及太陽能電池，特別是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。

背景技術(shù)：

1、近年來，單結(jié)鈣鈦礦太陽能電池一直在不斷接近其理論肖克利-奎瑟（s-q）效率極限，自2009年問世以來快速實(shí)現(xiàn)了接近26%的最高光電轉(zhuǎn)換效率。為了進(jìn)一步提升太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率，目前最有潛力的方法是通過將寬帶隙(wbg)鈣鈦礦太陽能電池與晶硅電池集成來構(gòu)建串聯(lián)疊層太陽能電池，其中，寬帶隙鈣鈦礦太陽能電池是指采用寬帶隙的鈣鈦礦材料作為吸光層的太陽能能電池，特別是帶隙為1.65ev~1.78ev的寬帶隙鈣鈦礦吸光層對(duì)于實(shí)現(xiàn)鈣鈦礦/晶硅疊層太陽能電池中鈣鈦礦和硅子電池之間理想的電流匹配至關(guān)重要。

2、然而，傳統(tǒng)的帶隙為1.65ev~1.78ev的寬帶隙鈣鈦礦吸光層面臨較大的能量損失，其原因在于寬帶隙鈣鈦礦吸光層存在較多深能級(jí)的缺陷，進(jìn)而導(dǎo)致較為嚴(yán)重的非輻射復(fù)合損失，開路電壓(voc)較低。同時(shí)，傳統(tǒng)的寬帶隙鈣鈦礦太陽能電池中通常采用自組裝單分子層（sams）作為空穴傳輸層，但是sams層在放大基底尺寸的大面積寬帶隙鈣鈦礦太陽能電池制備時(shí)極易出現(xiàn)空間分布不均勻的問題，進(jìn)而導(dǎo)致大面積的器件性能出現(xiàn)明顯損耗，短路電流密度（jsc）和填充因子(ff)偏低。如此，大面積寬帶隙鈣鈦礦太陽能電池的器件效率難以得到有效提升。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、基于此，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N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，該大面積寬帶隙鈣鈦礦太陽能電池具有較高的器件效率。

2、本申請(qǐng)的第一方面，提供一種大面積寬帶隙鈣鈦礦太陽能電池，包括層疊設(shè)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：

3、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；

4、在所述空穴傳輸層的表面旋涂鈣鈦礦前驅(qū)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(qū)體溶液包括寬帶隙鈣鈦礦前驅(qū)體材料和磷酸咔唑類添加劑，所述鈣鈦礦前驅(qū)體溶液中，所述磷酸咔唑類添加劑的濃度為0.3mmol/l~1.5mmol/l；

5、在所述鈣鈦礦層的表面依次制備所述電子傳輸層和所述第二電極層。

6、在其中一些實(shí)施例中，所述磷酸咔唑類添加劑包括2pacz、meo-2pacz、meo-4padbc、me-4pacz、dmacpa和4pacdcb中的一種或多種。

7、在其中一些實(shí)施例中，所述鈣鈦礦前驅(qū)體溶液中，所述磷酸咔唑類添加劑的濃度為0.8mmol/l~1.2mmol/l。

8、在其中一些實(shí)施例中，所述鈣鈦礦前驅(qū)體溶液的溶劑包括第一溶劑與第二溶劑的混合物，所述第一溶劑為dmf，所述第二溶劑為dmso、nmp、2-me、dmpu和nep中的一種或多種。

9、在其中一些實(shí)施例中，所述反溶劑包括氯苯、苯甲醚、乙醚和異丙醇中的一種或多種。

10、在其中一些實(shí)施例中，退火的條件包括：溫度為90℃~120℃，時(shí)間為25min~35min。

11、在其中一些實(shí)施例中，所述自組裝單分子層材料包括2pacz、meo-2pacz、meo-4padbc、me-4pacz、dmacpa和4pacdcb中的一種或多種。

12、在其中一些實(shí)施例中，所述寬帶隙鈣鈦礦前驅(qū)體材料具有如下結(jié)構(gòu)通式：

13、ab(xny1-n)3，其中，a包括ch3nh3+、c4h9nh3+、nh2ch＝nh2+和cs+中的一種或多種；b包括pb2+；x、y包括cl-、br-或i-，且x與y不同；0＜n＜1。

14、在其中一些實(shí)施例中，所述大面積寬帶隙鈣鈦礦太陽能電池的有效面積>1cm2。

15、本申請(qǐng)的第二方面，提供一種鈣鈦礦/晶硅疊層太陽能電池，包括第一方面所述的大面積寬帶隙鈣鈦礦太陽能電池以及晶硅電池。

16、上述大面積寬帶隙鈣鈦礦太陽能電池，針對(duì)采用寬帶隙鈣鈦礦材料和自組裝單分子層材料（sams）作為空穴傳輸層的太陽能電池，在制備鈣鈦礦層采用的鈣鈦礦前驅(qū)體溶液中引入一定濃度的磷酸咔唑類添加劑，如此鈣鈦礦前驅(qū)體溶液在施加至空穴傳輸層表面并進(jìn)行旋涂的過程中，通過加入反溶劑，促使磷酸咔唑類添加劑被“擠出”到鈣鈦礦層的下界面，一方面，增強(qiáng)空穴傳輸層中的sams對(duì)第一電極層的錨定作用，彌補(bǔ)sams在較大尺寸基底上分布不均勻的漏洞，提升電荷傳輸效果，減少損耗，提升短路電流密度（jsc）和填充因子(ff)；另一方面，還可以鈍化寬帶隙鈣鈦礦層晶界的缺陷，減少缺陷密度，提高鈣鈦礦層的質(zhì)量，提升開路電壓(voc)，進(jìn)而綜合提高器件，尤其是大面積寬帶隙鈣鈦礦太陽能電池的穩(wěn)定性和效率。

17、其中，需要合理控制鈣鈦礦前驅(qū)體溶液中磷酸咔唑類添加劑的濃度，添加量過少，能以實(shí)現(xiàn)如上所述兩方面的效果，而添加量過多則會(huì)影響鈣鈦礦薄膜的成膜結(jié)晶過程，導(dǎo)致其質(zhì)量偏低，同時(shí)磷酸咔唑類添加劑會(huì)往下偏移使形成的sam層過厚，阻礙電荷傳輸效果，進(jìn)而也難以提升器件的穩(wěn)定性和效率。

技術(shù)特征：

1.一種大面積寬帶隙鈣鈦礦太陽能電池，其特征在于，包括層疊設(shè)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：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大面積寬帶隙鈣鈦礦太陽能電池，其特征在于，所述磷酸咔唑類添加劑包括2pacz、meo-2pacz、meo-4padbc、me-4pacz、dmacpa和4pacdcb中的一種或多種。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大面積寬帶隙鈣鈦礦太陽能電池，其特征在于，所述鈣鈦礦前驅(qū)體溶液中，所述磷酸咔唑類添加劑的濃度為0.8mmol/l~1.2mmol/l。

4.根據(jù)權(quán)利要求1~3任一項(xiàng)所述的大面積寬帶隙鈣鈦礦太陽能電池，其特征在于，所述鈣鈦礦前驅(qū)體溶液的溶劑包括第一溶劑與第二溶劑的混合物，所述第一溶劑為dmf，所述第二溶劑為dmso、nmp、2-me、dmpu和nep中的一種或多種。

5.根據(jù)權(quán)利要求1~3任一項(xiàng)所述的大面積寬帶隙鈣鈦礦太陽能電池，其特征在于，所述反溶劑包括氯苯、苯甲醚、乙醚和異丙醇中的一種或多種。

6.根據(jù)權(quán)利要求1~3任一項(xiàng)所述的大面積寬帶隙鈣鈦礦太陽能電池，其特征在于，退火的條件包括：溫度為90℃~120℃，時(shí)間為25min~35min。

7.根據(jù)權(quán)利要求1~3任一項(xiàng)所述的大面積寬帶隙鈣鈦礦太陽能電池，其特征在于，所述自組裝單分子層材料包括2pacz、meo-2pacz、meo-4padbc、me-4pacz、dmacpa和4pacdcb中的一種或多種。

8.根據(jù)權(quán)利要求1~3任一項(xiàng)所述的大面積寬帶隙鈣鈦礦太陽能電池，其特征在于，所述寬帶隙鈣鈦礦前驅(qū)體材料具有如下結(jié)構(gòu)通式：

9.根據(jù)權(quán)利要求1~3任一項(xiàng)所述的大面積寬帶隙鈣鈦礦太陽能電池，其特征在于，所述大面積寬帶隙鈣鈦礦太陽能電池的有效面積>1cm2。

10.一種鈣鈦礦/晶硅疊層太陽能電池，其特征在于，包括權(quán)利要求1~9任一項(xiàng)所述的大面積寬帶隙鈣鈦礦太陽能電池以及晶硅電池。

技術(shù)總結(jié)
本申請(qǐng)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(shè)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(qū)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(qū)體溶液包括寬帶隙鈣鈦礦前驅(qū)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(shù)研發(fā)人員：方達(dá)富
受保護(hù)的技術(shù)使用者：深圳現(xiàn)象光伏科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/9/29