钙钛矿太阳能电池及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种钙钛矿太阳能电池及其制造方法，即，涉及一种具有由特定成分形成的电子传输层且在上述电子传输层与源电极之间引入钝化层的钙钛矿太阳能电池及其制造方法

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】钙钛矿太阳能电池及其制造方法


[0001]本专利技术涉及一种具有由特定成分形成的电子传输层且在上述电子传输层与源电极之间引入导电阻挡层的钙钛矿太阳能电池及其制造方法
。

技术介绍

[0002]为解决化石能源的枯竭及其利用所带来的全球环境问题，如太阳能
、
风能
、
水能等可再生清洁替代能源的研究正在积极展开
。
[0003]其中，对直接从太阳光转换电能的太阳能电池的兴趣大大增加
。
在此，太阳能电池是指利用通过吸收来自太阳光的光能产生电子和空穴的光伏效应产生电流
‑
电压的电池
。
[0004]目前，已经可以制造出光能转换效率超过
20
％的基于
n
‑
p
二极管型硅
(Si)
单晶的太阳能电池并应用于实际太阳能发电，也有使用与其相比转换效率更高的如砷化镓
(GaAs)
等的化合物半导体的太阳能电池
。
然而，由于这些基于无机半导体的太阳能电池需要以高纯度精炼的材料以实现高效率，因此精炼原材料会消耗大量能源，并且在使用原材料进行单晶化或薄膜化的过程中需要昂贵的工艺设备，因此，在降低太阳能电池制造成本方面存在局限性，这一直是大规模使用的障碍
。
[0005]因此，为了以低成本制造太阳能电池，有必要大幅降低主要用于太阳能电池的材料或制造工艺的成本，作为基于无机半导体的太阳能电池的替代品，正在研究可以用低成本材料和工艺制造的钙钛矿太阳能电池
。
[0006]最近，已经开发出使用钙钛矿结构的卤素化合物即
(NH3CH3)PbX3(X
＝
I、Br、Cl)
作为光敏材料的钙钛矿太阳能电池，并且正在进行商业化研究
。
钙钛矿结构的一般结构式为
ABX3结构，具有阴离子位于
X
位，大阳离子位于
A
位，小阳离子位于
B
位的结构
。
[0007]作为分子式为
(CH3NH3)PbX3的有机金属卤化物的钙钛矿太阳能电池在
2009
年首次被用作太阳能电池的光敏材料
。
此后，自从
2012
年研发出与现在结构相同的固态钙钛矿太阳能电池后，效率迅速提升
。
常规钙钛矿太阳能电池使用金属氧化物作为电子传输层，且主要使用如
spiro
‑
OMETAD
等的有机材料或高分子材料作为空穴传输层
(HTL)。
即，在如
FTO
等的透明电极上制造金属氧化物多孔膜或薄膜，涂上钙钛矿材料，再涂上空穴传输层，再沉积金
(Au)
或银
(Ag)
等电极层
。
[0008]钙钛矿太阳能电池商业化的一个重要课题是确保稳定性和柔性
(flexible)
技术，通过在光敏层上部使用金属氧化物形成的现有的电子传输层在光敏层
(
或光吸收层
)
上部沉积或涂布金属氧化物之后，在其上形成单独的有机粘合剂涂布
。
然而，在沉积形成金属氧化物时，制造工艺复杂且多步骤，大大提高制造成本，并且存在由于在沉积工艺过程中产生的物理和化学能量可能损坏光吸收层的缺点
。
另外，在形成有机粘合剂涂层的方法中，进行高温热处理以形成涂层，但是钙钛矿材料在
200℃
以上的高温下分解，还降低太阳能电池的柔性，从而缩小钙钛矿太阳能电池的应用范围
。
[0009]另外，一般来说，在制造钙钛矿异质结太阳能电池时，为了在不损伤光吸收层的状态下形成电子传输层，通过沉积富勒烯
(C
60
)
来形成导电阻挡层，但富勒烯具有高吸光度，引
起不必要的光吸收
(
寄生吸收
(parasitic absorption))
，从而存在降低太阳能电池的短路电流密度
(J
sc
)
等效率的问题
。

技术实现思路

[0010]技术问题
[0011]本专利技术是为了克服上述问题而研制的，其旨在提供由特定材料形成的电子传输层与源电极之间形成导电阻挡层而不形成降低太阳能电池的
J
sc
的富勒烯沉积层来确保高效率的钙钛矿太阳能电池及其制造方法
。
[0012]解决问题的方案
[0013]为了解决上述问题，本专利技术的钙钛矿太阳能电池可以包括依次层叠空穴传输层
(Hole transport layer)、
钙钛矿光吸收层
、
电子传输层
(Electron transporting layer)
及源电极
(Source electrode)
而成的层叠体，且在上述源电极与电子传输层之间可以形成有导电阻挡层
(Conductive barrier layer)。
[0014]作为本专利技术的一优选实施例，上述电子传输层可以包括表面改性的
SnO2纳米粒子
。
[0015]作为本专利技术的一优选实施例，上述电子传输层的平均厚度可以为
100nm
以下
。
[0016]作为本专利技术的一优选实施例，当上述电子传输层的厚度为
20nm
至
30nm
时，对
500nm
至
550nm
的波长的透光率
(transmittance)
可以为
88
％至
95
％
。
[0017]作为本专利技术的一优选实施例，上述电子传输层的表面可以具有
25nm
以下的均方根
(root mean square
，
RMS)
粗糙度
(roughness)。
[0018]作为本专利技术的一优选实施例，上述导电阻挡层可以为沉积有铟锡氧化物
(Induim Tin Oxide
，
ITO)、
掺氟氧化锡
(Fluorine doped Tin Oxide
，
FTO)、
锑锡氧化物
(Sb2O
3 doped Tin Oxide
，
ATO)、
镓锡氧化物
(Gallium doped Tin Oxide
，
GTO)、
锌锡氧化物
(tin doped zinc oxide
，
ZTO)、
掺镓
ZTO(gallium doped ZTO
，
ZTO:Ga)、
铟镓锌氧本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.
一种钙钛矿太阳能电池，其特征在于，包括依次层叠空穴传输层
、
钙钛矿光吸收层
、
电子传输层及源电极而成的层叠体，在上述源电极与电子传输层之间形成有导电阻挡层，上述电子传输层包括表面改性的
SnO2纳米粒子
。2.
根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，上述导电阻挡层为沉积有铟锡氧化物
(ITO)、
掺氟氧化锡
(FTO)、
锑锡氧化物
(ATO)、
镓锡氧化物
(GTO)、
锌锡氧化物
(ZTO)、
掺镓
ZTO(ZTO:Ga)、
铟镓锌氧化物
(IGZO)、
铟锌氧化物
(IZO)
或铝锌氧化物
(AZO)
的透明薄膜
。3.
根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，上述电子传输层的平均厚度为
100nm
以下，上述导电阻挡层的平均厚度为
50nm
至
110nm。4.
根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，在上述电子传输层的厚度为
20nm
至
30nm
时，对
500nm
至
550nm
的波长的透光率为
88
％至
95
％
。5.
根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，上述电子传输层的表面的均方根粗糙度为
25nm
以下，上述导电阻挡层的表面的均方根粗糙度为
30nm
以下
。6.
根据权利要求1至5中任一...

【专利技术属性】
技术研发人员：廉殷朱，
申请(专利权)人：韩华思路信株式会社，
类型：发明
国别省市：