一種背接觸鈣鈦礦太陽電池的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種太陽電池，特別是關(guān)于一種背接觸鈣鈦礦太陽電池。
技術(shù)背景
[0002]傳統(tǒng)晶硅太陽電池、硅基薄膜太陽電池、II1- V族化合物太陽電池，經(jīng)過多年的發(fā)展，其性能和轉(zhuǎn)換效率已趨近于極限，制造成本的下降空間也很有限。
[0003]世界各地諸多研究機(jī)構(gòu)，都在尋找新的材料和新的技術(shù)方案。近年來，有機(jī)/無機(jī)太陽電池備受關(guān)注和研究，其中的有機(jī)化合物太陽電池轉(zhuǎn)換效率的升高趨勢強(qiáng)勁。尤其是有機(jī)金屬鹵化物鈣鈦礦電池，以其新型的光伏機(jī)制、適宜的帶隙寬度、低廉的材料成本、便易的制造工藝，有望大幅提高轉(zhuǎn)換效率和降低制造成本，有著極大的發(fā)展和應(yīng)用空間。
[0004]不過目前的鈣鈦礦太陽電池，其電池結(jié)構(gòu)還有待完善，其鈣鈦礦材料在水氣和氧氣下的穩(wěn)定性問題還很突出。這使得鈣鈦礦電池的轉(zhuǎn)換效率尚不很高、穩(wěn)定性很差，嚴(yán)重制約了其實(shí)用性。雖然鈣鈦礦太陽電池在成本上有優(yōu)勢。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對上述問題:本發(fā)明目的是，提出一種背接觸鈣鈦礦太陽電池，采用周期為幾百納米到微米級的背接觸結(jié)構(gòu)，對鈣鈦礦材料作了疏水防氧化保護(hù)，有效的提高了鈣鈦礦電池的轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案:
[0007]一種背接觸鈣鈦礦太陽電池，其特征是包括從下至上依次結(jié)構(gòu):1)導(dǎo)電型襯底；2)均勻電子傳輸層；3)介電層；4)金屬層；5)鈣鈦礦層且具有若干孔道穿過介電層和金屬層接觸到電子傳輸層；6)鈣鈦礦層的保護(hù)層；導(dǎo)電型襯底采用各種TCO透明導(dǎo)電玻璃、重?fù)诫s的晶體硅片、金屬薄片；電子傳輸層采用ZnO、Ti02、PCBM等；制備方法為磁控濺射、旋涂等；厚度一般在1nm?1um ;介電層采用A1203、Si02、SiNx等，厚度一般在1nm?2um ;金屬層采用Au、Pt、Ag、Al等；制備方法為磁控派射、熱/電子束蒸鍍等；厚度一般在1nm?2um ;鈣鈦礦層采用MAPbI3等有機(jī)金屬鹵化物半導(dǎo)體鈣鈦礦材料；厚度一般在10nm?20um ;孔道直徑0.5?1.5um.
[0008]保護(hù)層一般采用疏水防氧化聚合物；制備方法為旋涂、CVD等。
[0009]—種背接觸鈣鈦礦太陽電池制備方法，其特征是包括:1)采用導(dǎo)電型襯底；2)制備電子傳輸層；3)鋪敷單分散層PS小球；4)利用干法刻蝕技術(shù)減小PS小球的直徑；5)制備介電層；6)制備金屬層；7)剝離PS小球及其頂部的介電層和金屬層，形成介電層和金屬層的網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)；8)制備鈣鈦礦層；9)制備保護(hù)層；導(dǎo)電型襯底采用各種TCO透明導(dǎo)電玻璃、重?fù)诫s的晶體硅片、金屬薄片等。
[0010]電子傳輸層采用ZnO、Ti02、PCBM等；制備方法為磁控濺射、旋涂等；厚度一般在1nm?1um ;多數(shù)情況下還要進(jìn)行一定溫度一定氣氛下的熱處理。
[0011]PS小球的原始直徑一般在200nm?50um ;采用液面單分散層轉(zhuǎn)移法、旋涂等鋪敷單分散層PS小球；單分散層PS小球多呈密堆積結(jié)構(gòu)。
[0012]采用RIE、ICP等干法刻蝕技術(shù)，將PS小球的直徑減小到原始直徑的1/4?3/4
[0013]介電層采用A1203、Si02、SiNx等；制備方法為ALD、磁控濺射、PECVD、旋涂等；厚度一般在1nm?2um
[0014]金屬層采用Au、Pt、Ag、Al等；制備方法為磁控濺射、熱/電子束蒸鍍等；厚度一般在 1nm ?2um
[0015]采用甲苯、四氫呋喃等有機(jī)溶劑將PS小球及其頂部的介電層和金屬層剝離，形成介電層和金屬層的網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)；網(wǎng)孔周期長度和原始的PS小球周期長度一致，網(wǎng)孔直徑和刻蝕后的PS小球直徑相關(guān)。
[0016]鈣鈦礦層采用MAPbI3等有機(jī)金屬鹵化物半導(dǎo)體鈣鈦礦材料；制備方法為旋涂、CVD等；厚度一般在10nm?20um
[0017]保護(hù)層一般采用疏水防氧化聚合物；制備方法為旋涂、CVD等。
[0018]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明在工藝的最后一步、電池的最頂層一次性制備鈣鈦礦材料及其保護(hù)層，可以有效保持鈣鈦礦材料的性能及提高電池的穩(wěn)定性；采用背接觸結(jié)構(gòu)，可以有效的降低正面電極的遮光損失，提高電池的轉(zhuǎn)換效率。
【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明提供的一種背接觸鈣鈦礦太陽電池的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]為使本發(fā)明的技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖1，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0021]—種背接觸鈣鈦礦太陽電池，其特征在于:采用導(dǎo)電型襯底；制備電子傳輸層；鋪敷單分散層PS小球；利用干法刻蝕技術(shù)減小PS小球的直徑；制備介電層；制備金屬層；剝離PS小球及其頂部的介電層和金屬層，形成介電層和金屬層的網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)；制備鈣鈦礦層；制備保護(hù)層。
[0022]實(shí)施例1:
[0023]I)襯底I采用FTO透明導(dǎo)電玻璃，其方塊電阻?15 Ω / 口
[0024]2)電子傳輸層2采用磁控濺射ZnO，厚度?lOOnm，在400°C、N2氣氛下熱處理Ih
[0025]3)使用的PS小球的原始直徑為2um，采用液面單分散層轉(zhuǎn)移法鋪敷單分散層PS小球，單分散層PS小球呈六角密堆積結(jié)構(gòu)。
[0026]4)采用RIE干法刻蝕，將PS小球的直徑減小到Ium
[0027]5)介電層3采用ALD法制備A1203，厚度?50nm
[0028]6)金屬層4采用磁控派射Au，厚度?40nm
[0029]7)采用甲苯超聲波將PS小球及其頂部的A1203和Au剝離，形成A1203和Au的網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)，網(wǎng)孔周期長度為2um，網(wǎng)孔直徑?lum，網(wǎng)孔亦呈六角排布。
[0030]8)鈣鈦礦層5采用旋涂法制備MAPbI3，厚度?800nm
[0031]9)保護(hù)層6采用旋涂法制備疏水防氧化聚合物。
[0032]以上所述的具體實(shí)施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種背接觸鈣鈦礦太陽電池，其特征是包括從下至上依次結(jié)構(gòu):1)導(dǎo)電型襯底；2)均勻電子傳輸層；3)介電層；4)金屬層；5)鈣鈦礦層且具有若干孔道穿過介電層和金屬層接觸到電子傳輸層；6)鈣鈦礦層的保護(hù)層；導(dǎo)電型襯底采用各種TCO透明導(dǎo)電玻璃、重?fù)诫s的晶體硅片、金屬薄片；電子傳輸層采用Zn0、Ti02、PCBM等；制備方法為磁控濺射、旋涂等；厚度一般在1nm?1um ;介電層采用A1203、Si02、SiNx，厚度在1nm?2um ;金屬層采用Au、Pt、Ag、Al ;厚度在 1nm ?2um ;孔道直徑 0.5 ?1.5um。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的背接觸鈣鈦礦太陽電池，其特征是鈣鈦礦層采用MAPbI3等有機(jī)金屬齒化物半導(dǎo)體1丐鈦礦材料；厚度在10nm?20um。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的背接觸鈣鈦礦太陽電池，其特征是保護(hù)層采用疏水防氧化聚合物。4.一種背接觸鈣鈦礦太陽電池制備方法，其特征是包括:1)采用導(dǎo)電型襯底；2)制備電子傳輸層；3)鋪敷單分散層PS小球；4)利用干法刻蝕技術(shù)減小PS小球的直徑；5)制備介電層；6)制備金屬層；7)剝離PS小球及其頂部的介電層和金屬層，形成介電層和金屬層的網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)；8)制備鈣鈦礦層；9)制備保護(hù)層；導(dǎo)電型襯底采用各種TCO透明導(dǎo)電玻璃、重?fù)诫s的晶體硅片、金屬薄片；電子傳輸層采用ZnO、Ti02、PCBM等；制備方法為磁控濺射、旋涂等；厚度在1nm?1um ;PS小球的原始直徑一般在200nm?50um ;采用液面單分散層轉(zhuǎn)移法、旋涂等鋪敷單分散層PS小球；單分散層PS小球多呈密堆積結(jié)構(gòu)；采用RIE、ICP等干法刻蝕技術(shù)，將PS小球的直徑減小到原始直徑的1/4?3/4 ;介電層采用A1203、Si02、SiNx等；制備方法為ALD、磁控濺射、PECVD、旋涂等；厚度在1nm?2um ;金屬層采用Au、Pt、Ag、Al ;制備方法為磁控派射、熱/電子束蒸鍍等；厚度在1nm?2um ； 采用甲苯、四氫呋喃等有機(jī)溶劑將PS小球及其頂部的介電層和金屬層剝離，形成介電層和金屬層的網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)；網(wǎng)孔周期長度和原始的PS小球周期長度一致，網(wǎng)孔直徑和刻蝕后的PS小球直徑相關(guān)；保護(hù)層采用疏水防氧化聚合物；制備方法為旋涂、CVD。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的背接觸鈣鈦礦太陽電池制備方法，其特征是鈣鈦礦層采用MAPb13等有機(jī)金屬鹵化物半導(dǎo)體鈣鈦礦材料；制備方法為旋涂、CVD等；厚度在10nm?20umo
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種背接觸鈣鈦礦太陽電池，包括從下至上結(jié)構(gòu)：1)導(dǎo)電型襯底；2)均勻電子傳輸層；3)介電層；4)金屬層；5)鈣鈦礦層且具有若干孔道穿過介電層和金屬層接觸到電子傳輸層；6)鈣鈦礦層的保護(hù)層；導(dǎo)電型襯底采用各種TCO透明導(dǎo)電玻璃、重?fù)诫s的晶體硅片、金屬薄片；電子傳輸層采用ZnO、TiO2、PCBM；厚度一般在10nm～10um；介電層采用Al2O3、SiO2、SiNx，厚度在10nm～2um；金屬層采用Au、Pt、Ag、Al；厚度在10nm～2um；孔道直徑0.5～1.5um。鈣鈦礦層采用MAPbI3等有機(jī)金屬鹵化物半導(dǎo)體鈣鈦礦材料；厚度在100nm～20um。保護(hù)層采用疏水防氧化聚合物。以有效保持鈣鈦礦材料的性能及提高電池的穩(wěn)定性；采用背接觸結(jié)構(gòu)，可以有效的降低正面電極的遮光損失，提高電池的轉(zhuǎn)換效率。
【IPC分類】H01L51/44, H01L51/48, H01L51/42
【公開號】CN105140398
【申請?zhí)枴緾N201510382778
【發(fā)明人】余林蔚, 李成棟, 童國慶, 王軍轉(zhuǎn), 徐駿, 徐嶺
【申請人】南京大學(xué)
【公開日】2015年12月9日
【申請日】2015年7月2日