本發(fā)明涉及一種協(xié)同鈰離子摻雜的鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法，屬于鈣鈦礦太陽能電池。

背景技術(shù)：

1、鈣鈦礦太陽能電池(pscs)作為新型的太陽能電池發(fā)展迅速，在過去的十幾年時間里其能量轉(zhuǎn)換效率(pce)明顯提升，近年來受到了越來越多的關(guān)注并且具有巨大的發(fā)展?jié)摿ΑＦ渲屑纂呋}鈦礦由于具有合適的光學(xué)帶隙和較高的熱穩(wěn)定性成為近年來制備高效鈣鈦礦太陽能電池的首選材料。然而，鈣鈦礦太陽能電池仍然存在著電子傳輸層和鈣鈦礦層性能不高，使使得電池不能表現(xiàn)較高的性能的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種工藝簡單和成本低廉的協(xié)同鈰離子摻雜的鈣鈦礦太陽能電池的制備方法，制備的鈣鈦礦太陽能電池的能量轉(zhuǎn)換效率顯著提高。

2、本專利分別對鈣鈦礦太陽能電池的sno2電子傳輸層和鈣鈦礦層進(jìn)行優(yōu)化，使得電池表現(xiàn)出較高的性能。本發(fā)明提出了一種在sno2電子傳輸層和鈣鈦礦層中同時引入ce3+，以提高鈣鈦礦太陽能電池能量轉(zhuǎn)換效率的方法。

3、一種協(xié)同鈰離子摻雜的鈣鈦礦太陽能電池，包括依次層疊的：導(dǎo)電層、電子傳輸層、鈣鈦礦光吸收層、空穴傳輸層、電極；

4、其中，在電子傳輸層中摻雜有鈰；和/或，在鈣鈦礦光吸收層中摻雜有鈰。

5、所述的導(dǎo)電層的材質(zhì)是fto、ito、zno、in2o3中的一種或幾種。

6、電子傳輸層的鈰所占的質(zhì)量百分比是1-5％，鈣鈦礦光吸收層中鈰所占的質(zhì)量百分比是0.05-1％。

7、所述的電子傳輸層材質(zhì)選自sno2、tio2、zno或者其中的一種或幾種的混合。

8、所述的電子傳輸層的主體材質(zhì)是sno2。

9、所述的鈣鈦礦光吸收層的主體材料是fa0.93ma0.04cs0.03pbi2.88br0.12。

10、上述的鈣鈦礦太陽能電池的制備方法，包括如下步驟：

11、步驟1，在導(dǎo)電玻璃上涂覆導(dǎo)電層；

12、步驟2，配制二氧化錫(sno2)的漿料，其中加入鈰鹽，涂覆于導(dǎo)電層上，然后熱處理，得到電子傳輸層；

13、步驟3，配制鈣鈦礦前驅(qū)體溶液，其中加入鈰鹽，涂覆于電子傳輸層上，得到鈣鈦礦光吸收層；

14、步驟4，再依次在鈣鈦礦光吸收層上制備空穴傳輸層、電極后，得到電池。

15、所述的步驟2中，漿料是由二氧化錫和水按照重量比1：3-10配制得到，其中加入鈰鹽是以cecl3的乙醇溶液形式加入，cecl3的乙醇溶液與漿料體積比是1-10μl:1ml；cecl3的乙醇溶液濃度是0.05-0.3mol/l。

16、所述的步驟2中，熱處理是100-200℃下處理10-100min。

17、所述的步驟3中，鈣鈦礦前驅(qū)體溶液是由1-2m?fapbi3、0.02-0.1m?mapbbr3、0.02-0.1mcspbi3和0.1-1.0m?macl溶解于1ml有機(jī)溶劑中所得到，其中加入鈰鹽是以cecl3的dmf溶液形式加入，使得cecl3在鈣鈦礦前驅(qū)體溶液中的濃度是0.1-0.5wt％，cecl3的dmf溶液的濃度是20-100μmol?ml–1。

18、本發(fā)明的有益效果是：

19、本發(fā)明涉及到的協(xié)同鈰離子摻雜的鈣鈦礦太陽能電池，是通過在電子傳輸層和鈣鈦礦層同時引入ce3+實(shí)現(xiàn)的，具有以下效果：(1)與單摻雜ce3+相比，協(xié)同鈰離子摻雜策略得到的電池具有更高的能量轉(zhuǎn)換效率。(2)協(xié)同鈰離子摻雜策略得到的鈣鈦礦薄膜具有更好的吸光能力和較低的載流子復(fù)合。(3)協(xié)同鈰離子摻雜策略得到的鈣鈦礦太陽能電池具有更低的電流泄漏。(4)協(xié)同鈰離子摻雜策略得到的純電子傳輸?shù)碾姵鼐哂薪档偷娜毕菝芏取?5)協(xié)同鈰離子摻雜策略得到的鈣鈦礦太陽能電池在吸光范圍內(nèi)具有更高的外量子效率和積分電流密度。

技術(shù)特征：

1.一種協(xié)同鈰離子摻雜的鈣鈦礦太陽能電池，包括依次層疊的：導(dǎo)電層、電子傳輸層、鈣鈦礦光吸收層、空穴傳輸層、電極；其特征在于，在電子傳輸層中摻雜有鈰，和/或，在鈣鈦礦光吸收層中摻雜有鈰。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的協(xié)同鈰離子摻雜的鈣鈦礦太陽能電池，其特征在于，所述的導(dǎo)電層的材質(zhì)是fto、ito、zno、in2o3中的一種或幾種。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的協(xié)同鈰離子摻雜的鈣鈦礦太陽能電池，其特征在于，電子傳輸層的鈰所占的質(zhì)量百分比是1-5％，鈣鈦礦光吸收層中鈰所占的質(zhì)量百分比是0.05-1％。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的協(xié)同鈰離子摻雜的鈣鈦礦太陽能電池，其特征在于，所述的電子傳輸層材質(zhì)選自sno2、tio2、zno或者其中的一種或幾種的混合。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的協(xié)同鈰離子摻雜的鈣鈦礦太陽能電池，其特征在于，所述的電子傳輸層的主體材質(zhì)是sno2。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的協(xié)同鈰離子摻雜的鈣鈦礦太陽能電池，其特征在于，所述的鈣鈦礦光吸收層的主體材料是fa0.93ma0.04cs0.03pbi2.88br0.12。

7.權(quán)利要求1所述的協(xié)同鈰離子摻雜的鈣鈦礦太陽能電池制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，所述的步驟2中，漿料是由二氧化錫和水按照重量比1：3-10配制得到，其中加入鈰鹽是以cecl3的乙醇溶液形式加入，cecl3的乙醇溶液與漿料體積比是1-10μl:1ml；cecl3的乙醇溶液濃度是0.05-0.3mol/l。

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，所述的步驟2中，熱處理是100-200℃下處理10-100min。

10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，所述的步驟3中，鈣鈦礦前驅(qū)體溶液是由1-2m?fapbi3、0.02-0.1m?mapbbr3、0.02-0.1m?cspbi3和0.1-1.0m?macl溶解于1ml有機(jī)溶劑中所得到，其中加入鈰鹽是以cecl3的dmf溶液形式加入，使得cecl3在鈣鈦礦前驅(qū)體溶液中的濃度是0.1-0.5wt％，cecl3的dmf溶液的濃度是20-100μmol?ml–1。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種協(xié)同鈰離子摻雜的鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法，通過在SnO<subgt;2</subgt;電子傳輸層和鈣鈦礦層中同時摻雜Ce<supgt;3+</supgt;，制備出了均勻、致密的SnO<subgt;2</subgt;薄膜和鈣鈦礦薄膜，降低了缺陷密度，進(jìn)而提升FA基鈣鈦礦太陽能電池的能量轉(zhuǎn)換效率（PCE）。最終獲得了21.5%的效率，這相較于Ce<supgt;3+</supgt;單獨(dú)摻雜SnO<subgt;2</subgt;電子傳輸層或鈣鈦礦層具有明顯的提升，為提高鈣鈦礦太陽能電池的PCE提供了一個新的方向。

技術(shù)研發(fā)人員：王緯,趙緣媛,白羽,何經(jīng)晟,冉然,周嵬
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南京工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15