硅基薄膜材料的钙钛矿太阳电池及其制备方法技术

一种硅基薄膜材料的钙钛矿太阳电池及其制备方法，其中硅基薄膜材料的钙钛矿太阳电池结构，包括：一导电玻璃；一n型电子传输层，其制作在导电玻璃上；一钙钛矿光敏层，其制作在n型电子传输层上；一p型空穴传输层，其制作在钙钛矿光敏层上；一金属对电极，其制作在p型空穴传输层上。本发明专利技术，具有用成本低廉，易于合成的p型硅基薄膜材料作为空穴传输层，取代价格昂贵的spiro-OMeTAD有机材料，提高硅太阳电池的长波响应和电池效率的优点。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种，其中硅基薄膜材料的钙钛矿太阳电池结构，包括：一导电玻璃；一n型电子传输层，其制作在导电玻璃上；一钙钛矿光敏层，其制作在n型电子传输层上；一p型空穴传输层，其制作在钙钛矿光敏层上；一金属对电极，其制作在p型空穴传输层上。本专利技术，具有用成本低廉，易于合成的p型硅基薄膜材料作为空穴传输层，取代价格昂贵的spiro-OMeTAD有机材料，提高硅太阳电池的长波响应和电池效率的优点。【专利说明】
本专利技术涉及太阳电池
，特别是指一种。
技术介绍
当前薄膜电池主要以碲化镉(CdTe)和铜铟镓硒太阳(CIGS)电池为主要代表，目前世界报道的小面积电池转换效率已分别达到19.6%和19.8%。但以上薄膜电池制备材料中涉及昂贵的稀有元素碲、铟、镓以及对人体和环境有巨大污染的镉元素，故这些薄膜电池在未来太瓦级装机总量水平上的发展会受到极大限制。 近期，作为染料敏化电池“升级版”的新型钙钛矿结构薄膜太阳电池吸引了光伏电池界的极大兴趣。在短短的四年时间内，基于钙钛矿结构的有机-无机混合甲胺铅碘材料制备的太阳电池效率突飞猛进。该电池制备材料均为地壳储量丰富的元素，制备方法简单，全制程低温，因而具有非常广阔的产业化前景。这种钙钛矿结构铅卤化物光敏材料，具有典型的半导体材料特性和合适的禁带宽度，对小于SOOnm波长太阳光的吸收效率可以达到95%以上，而且载流子具有很高的迁移率和扩散长度，特别适合于光伏应用。 然而现有的效率超过15%的高效钙钛矿电池无一例外的都采用了螺二芴(spiro-OMeTAD)这一有机化合物作为P型空穴传输层(HTM)，其价格为黄金的十倍以上(4000RMB/g)，极大的限制了钙钛矿电池的产业化应用进程，寻求更加合适的易于合成的廉价P型空穴传输层成为推动器件发展的重要驱动力。作为P型空穴传输层的材料必须在与钙钛矿层的交界面处形成典型的空穴选择、电子排斥的异质结接触，即要求其具有合适的带隙宽度、电子亲和势与带边位置，并具有良好的光电导率和迁移率。为满足上述要求，可以在P型硅基薄膜材料中掺杂适当的氮元素或碳元素或氧元素，从而显著改变P型硅基薄膜材料的能带结构。本专利技术提出利用P型硅基薄膜材料带隙可调，掺杂类型可变，对太阳光有一定的吸收等优异特性，实现对spiro-OMeTAD有机材料的替代，进而大大推进非晶硅产业与钙钛矿电池的有机结合。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种硅基薄膜材料的钙钛矿太阳电池结构及其制备方法，具有用成本低廉，易于合成的P型硅基薄膜材料作为空穴传输层，取代价格昂贵的spiro-OMeTAD有机材料，提高硅太阳电池的长波响应和电池效率的优点。 为达到上述目的，本专利技术提出一种硅基薄膜材料的钙钛矿太阳电池结构，包括: 一导电玻璃； 一 η型电子传输层，其制作在导电玻璃上； 一钙钛矿光敏层，其制作在η型电子传输层上； 一 P型空穴传输层，其制作在钙钛矿光敏层上； —金属对电极，其制作在P型空穴传输层上。 本专利技术还提供一种硅基薄膜材料的钙钛矿太阳电池结构，包括: 一导电玻璃； 一 P型空穴传输层，其制作在导电玻璃上； 一钙钛矿光敏层，其制作在P型电子传输层上； 一 η型电子传输层，其制作在钙钛矿光敏层上； —金属对电极，其制作在η型空穴传输层上。 本专利技术又提供一种硅基薄膜材料的钙钛矿太阳电池的制备方法，包括如下步骤: 步骤1:取一导电玻璃； 步骤2:清洗、吹干； 步骤3:在导电玻璃上依次沉积η型电子传输层、钙钛矿光敏层、P型空穴传输层和金属对电极，完成制备。 本专利技术再提供一种硅基薄膜材料的钙钛矿太阳电池的制备方法，包括如下步骤: 步骤1:取一导电玻璃； 步骤2:清洗、吹干； 步骤3:在导电玻璃上依次沉积P型空穴传输层、钙钛矿光敏层、η型电子传输层和金属对电极，完成制备。 本专利技术具有以下有益效果: 1.利用本专利技术，可以保证长波光激发的载流子在最近的硅基薄膜/钙钛矿异质结处分开，并且给器件增加了额外的异质结电势，显著提高器件的短路电流和开路电压。 2.相比于其他P型空穴选择层材料，非晶硅带隙可调，尤其是价廉易制的特点，可以大大降低钙钛矿太阳电池的生产成本，加速钙钛矿电池的推广。 3.利用本专利技术，可以实现电池全制程真空沉积工艺，避免了溶液法制备P型空穴传输层技术，与现有的非晶娃电池生产技术完全兼容，因而利于规模化生产。 【专利附图】【附图说明】 为进一步说明本专利技术的
技术实现思路
，以下结合实施例及附图详细说明如后，其中: 图1为钙钛矿/硅基薄膜叠层能带结构示意图； 图2为本专利技术的第一实施例的结构示意图； 图3为本专利技术的第二实施例的结构示意图； 图4为本专利技术第一实施例的制备流程图； 图5为本专利技术第二实施例的制备流程图。 【具体实施方式】 请参阅图1所示，本专利技术提供硅基薄膜材料的钙钛矿太阳电池的工作原理，简述如下: 针对NIP结构的钙钛矿太阳电池，钙钛矿材料的导带底为-3.93eV(相对于真空能级)，价带顶为-5.43eV,而P型非晶薄膜通过碳、氮、氧等合金掺杂，可将导带边和价带边调节至高于钙钛矿I层相应的带边，形成的分立能带结构如图1(a)所示，无光照热平衡时能带结构如图1(b)所示，此时费米能级达到统一。连接后形成的异质结构适合空穴从钙钛矿I层向P型层输送、但电子被导带阻挡，即具有明显的空穴载流子收集能力。PIN结构中钙钛矿I层在两边异质结自建场贯通下能带发生倾斜，将加速光生电子流向N区，光生空穴流向P区，产生显著的光生载流子场助收集效应。 请参阅图2所示，本专利技术提供一种硅基薄膜材料的钙钛矿太阳电池结构，包括: 一导电玻璃I，所述导电玻璃I的材料可以为FTO玻璃、ITO玻璃、AZO玻璃或IZO玻璃，玻璃的方块电阻为5-30 Ω/ □； 一 η型电子传输层2，其制作在导电玻璃I上，所述η型电子传输层2为η型氧化锌薄膜、η型氧化钛薄膜或者η型硅基薄膜，膜厚为5nm-50nm ； 一钙钛矿光敏层3，其制作在η型电子传输层2上，所述钙钛矿光敏层3为CH3NH3PbI3 或 CH3NH3PbI3_xClx，厚度为 50nm-2000nm ； 一 P型空穴传输层4，其制作在钙钛矿光敏层3上，所述P型空穴传输层4为P型硅基薄膜，包括硅基合金薄膜，如微晶硅碳合金、微晶硅氮合金、微晶硅氧合金、非晶硅碳合金、非晶硅氮合金或非微晶硅氧合金中的一种或其组合。沉积方法为等离子体增强化学气相沉积，厚度在10nm-100nm，含碳的原子分数在10% -30%，含氮的原子分数在10% -30%，含氧的原子分数在10% -30% ； 一金属对电极5，其制作在P型空穴传输层4上，所述金属对电极5为金、银、铜或招中的一种或其组合。 请参阅图3所示，本专利技术另外提供一种硅基薄膜材料的钙钛矿太阳电池结构，包括: 一导电玻璃I，所述导电玻璃I的材料可以为FTO玻璃、ITO玻璃、AZO玻璃或IZO玻璃，玻璃的方块电阻为5-30 Ω/ □； — P型空穴传输层4，其制作在导电玻璃I上，所述P型空穴传输层4为P型硅基薄膜，包括娃基合金薄膜，如微晶娃碳合金、微晶娃氮合金、微晶娃氧合金、非晶娃碳合金、非晶本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硅基薄膜材料的钙钛矿太阳电池结构，包括：一导电玻璃；一n型电子传输层，其制作在导电玻璃上；一钙钛矿光敏层，其制作在n型电子传输层上；一p型空穴传输层，其制作在钙钛矿光敏层上；一金属对电极，其制作在p型空穴传输层上。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：梁鹏，韩培德，廖显伯，向贤碧，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11