钙钛矿太阳能电池及其制造方法技术

一种钙钛矿太阳能电池。此钙钛矿太阳能电池包含基板、设置在基板上的第一半导体层、设置于第一半导体层上的诱导晶核层、覆盖诱导晶核层及第一半导体层的钙钛矿吸收层、设置于钙钛矿吸收层上的第二半导体层，以及设置于第二半导体层上的电极层。本发明专利技术另外提供一种制造上述钙钛矿太阳能电池的制造方法。

【技术实现步骤摘要】
钙钛矿太阳能电池及其制造方法
本专利技术涉及钙钛矿太阳能电池，且特别涉及一种包含诱导晶核层的钙钛矿太阳能电池。
技术介绍
近年来由于受到全球气候变迁、环境污染问题以及资源日趋短缺的影响，并在环保意识高涨与能源危机的警讯下，因而促使太阳光电产业的蓬勃发展。太阳能电池的发电原理为利用半导体材料的光电效应而将光能转换成电能。具体而言，当光照射至半导体材料时会产生光子，而光子又使得半导体材料内部产生电子-空穴对，接着，电子与空穴通过内部电场而分别被输送至两个相对的电极，因此产生了电压。此时，若将两个电极连接至外部电路，则产生了电流。目前，具有钙钛矿(perovskite)结构的新兴半导体材料被提出，其具有光电转换效率高，制备成本低等优势，且不容易造成污染。因此，将钙钛矿材料应用于太阳能电池的研究技术日益成长。然而，目前在应用上面临最大的问题在于钙钛矿上太阳电池稳定性不佳。因此，目前亟需提高钙钛矿吸收层的稳定性，以提升其应用性。
技术实现思路
本专利技术提供一种钙钛矿太阳能电池。该钙钛矿太阳能电池结构，包括：一基板、一第一半导体层，设置于该基板上、一诱导晶核层，设置于该第一半导体层上、一钙钛矿吸收层，覆盖该诱导晶核层及该第一半导体层、一第二半导体层，设置于该钙钛矿吸收层上、一电极层，设置于该第二半导体层上，以及设置于第二半导体层上的电极层。本专利技术另外提供一种制造上述钙钛矿太阳能电池的制造方法。该方法包含提供基板并形成第一半导体层于基板上、形成诱导晶核层于第一半导体层上、形成钙钛矿吸收层以覆盖诱导晶核层及第一半导体层、形成第二半导体层于钙钛矿吸收层上，以及形成电极层于第二半导体层上。为让本专利技术实施例的特征和优点能更明显易懂，下文特别列举出较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。附图说明图1为根据本专利技术的一些实施例的钙钛矿太阳能电池结构的剖面示意图；图2为根据本专利技术的一些实施例的钙钛矿太阳能电池结构的俯视图；图3A-3D为根据本专利技术的一些实施例的形成钙钛矿太阳能电池结构的中间结构的工艺流程图；图4A-4B为根据本专利技术的一些实施例的形成钙钛矿太阳能电池结构的中间结构的工艺流程图；图5A-5D为钙钛矿吸收层通过光学显微镜显示的放大图，其中图5A、5B为比较例的钙钛矿吸收层的放大图，图5C、5D为实施例的钙钛矿吸收层的放大图；图6A、6B为本专利技术的一些实施例的钙钛矿吸收层通过扫描电子显微镜显示的放大图；图7为比较例与实施例的钙钛矿吸收层的光激发荧光光谱图；图8为比较例与实施例的钙钛矿吸收层的X光衍射分析光谱图；以及图9为比较例与实施例的钙钛矿太阳能电池结构的电池开路电压与电流密度关系图。【附图标记说明】100钙钛矿太阳能电池结构110基板120第一半导体层130诱导晶核层130a晶核点130b晶核点140钙钛矿吸收层150第二半导体层160透明导电层170电极180前驱物溶液210晶核点220岛状结构D直径P间距具体实施方式以下针对本专利技术一些实施例的钙钛矿太阳能电池结构作详细说明。应了解的是，以下的叙述提供许多不同的实施例或例子，用于实施本专利技术一些实施例的不同形态。以下所述特定的组件及排列方式仅为简单清楚描述本专利技术一些实施例。当然，这些仅用于举例而非本专利技术的限定。此外，在不同实施例中可能使用重复的标号或标示。这些重复仅为了简单清楚地叙述本专利技术一些实施例，不代表所讨论的不同实施例及/或结构之间具有任何关联性。再者，当述及一第一材料层位于一第二材料层上或之上时，包括第一材料层与第二材料层直接接触的情形。或者，也可能间隔有一或更多其它材料层的情形，在此情形中，第一材料层与第二材料层之间可能不直接接触。此外，实施例中可能使用相对性的用语，例如“较低”或“底部”及“较高”或“顶部”，以描述附图的一个组件对于另一组件的相对关系。能理解的是，如果将附图的装置翻转使其上下颠倒，则所叙述在“较低”侧的组件将会成为在“较高”侧的组件。在此，“约”、“大约”、“大抵”的用语通常表示在一给定值或范围的20％之内，优选是10％之内，且更优选是5％之内，或3％之内，或2％之内，或1％之内，或0.5％之内。在此给定的数量为大约的数量，也即在没有特定说明“约”、“大约”、“大抵”的情况下，仍可隐含“约”、“大约”、“大抵”的含义。本专利技术一些实施例提供一种钙钛矿太阳能电池结构。在一些实施例，钙钛矿太阳能电池结构包含诱导晶核层。诱导晶核层可作为晶种，诱导钙钛矿吸收层于底部成核，而促使钙钛矿晶体由底部往上及往侧面生长。借此减少晶体缺陷的产生并提高钙钛矿吸收层的晶体质量，以提升钙钛矿太阳能电池结构的效率及稳定性。参阅图1，图1为根据本专利技术的一些实施例的钙钙钛矿太阳能电池结构100的剖面示意图。如图1所示，钙钛矿太阳能电池结构100包含基板110。基板110可为透明导电基板，例如为氟掺杂氧化锡(F-dopedTinOxide，FTO)基板。此外，钙钛矿太阳能电池结构100包含第一半导体层120。第一半导体层120设置于基板110上。第一半导体层120包含富勒烯或2，2′，7，7′-四[N，N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9，9′-螺二芴(2，2′，7，7′-Tetrakis[N，N-di(4-methoxyphenyl)amino]-9，9′-spiro-bifluorene，Spiro-OMeTAD)，富勒烯例如为[6.6]-苯基-C61-丁酸甲酯([6，6]-phenyl-C61-butyricacidmethylester，PCBM)。此外，第一半导体层120还包含氧化镍(NiO)、二氧化钛(TiO2)、碳(C)、二氧化锡(SnO2)或其他材料。在一些实施例，第一半导体层120可为p型半导体层或n型半导体层。在一些实施例，钙钛矿太阳能电池结构包含诱导晶核层130，其包含多个晶核点130a(可参阅图2)。晶核点130a设置于部分第一半导体层120上方。在一些实施例，晶核点130a为疏水性材料。在一些实施例，晶核点130a相对于第一半导体层120，更具疏水性。在一些实施例，诱导晶核层130包含铟锡氧化物。(IndiumTinOxide，ITO)、氧化镍(NiO)、钼硫化物(MoSX)、钼氧化物(MoOX)、钨氧化物(WOX)或其他适合的材料。晶核点130a是用来帮助在形成钙钛矿吸收层140的过程中，能让钙钛矿晶体由第一半导体层120的上表面开始往上生长，通过这样的方式形成的钙钛矿吸收层140的晶体缺陷较少。关于利用晶核点130a形成钙钛矿吸收层140的详细过程将在后续描述。在一些实施例，钙钛矿太阳能电池结构100包含钙钛矿吸收层140，钙钛矿吸收层140覆盖晶核点130a，并且形成在第一半导体层120的上方。钙钛矿吸收层140的通用化学结构式为ABX3。其中，A可选自于金属离子，例如选本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钙钛矿太阳能电池，包括：/n一基板；/n一第一半导体层，设置于该基板上；/n一诱导晶核层，设置于该第一半导体层上；/n一钙钛矿吸收层，覆盖该诱导晶核层及该第一半导体层；/n一第二半导体层，设置于该钙钛矿吸收层上；以及/n一电极层，设置于该第二半导体层上。/n

【技术特征摘要】
20181227 TW 1071473541.一种钙钛矿太阳能电池，包括：
一基板；
一第一半导体层，设置于该基板上；
一诱导晶核层，设置于该第一半导体层上；
一钙钛矿吸收层，覆盖该诱导晶核层及该第一半导体层；
一第二半导体层，设置于该钙钛矿吸收层上；以及
一电极层，设置于该第二半导体层上。


2.如权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其中该诱导晶核层为一图案化层。


3.如权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其中该诱导晶核层为疏水层。


4.如权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其中该诱导晶核层的材料包括铟锡氧化物、氧化镍、钼硫化物、钼氧化物或钨氧化物。


5.如权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其中该诱导晶核层包括多个晶核点，该晶核点的直径介于30μm至100μm的范围间。


6.如权利要求5所述的钙钛矿太阳能电池，其中该晶核点的间距介于0.1mm至1.7mm的范围间。


7.如权利要求5所述的钙钛矿太阳能电池，其中该晶核点的间距介于0.4mm至1.5mm的范围间。


8.如权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其中该诱导晶核层镶入该第一半导体层，且该诱导晶核层包括具疏水性的半导体材料。

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【专利技术属性】
技术研发人员：徐为哲，许弘儒，王凯正，
申请(专利权)人：财团法人工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71