本發(fā)明涉及鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，具體為一種弱光用鈣鈦礦太陽(yáng)能電池及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、太陽(yáng)能作為可再生和環(huán)保能源，因其具有靈活、高效且相對(duì)便宜等特點(diǎn)吸引了眾多研究者關(guān)注。然而，來(lái)自室內(nèi)光源和從窗戶進(jìn)入的自然光能量每天都在損失，造成了資源浪費(fèi)，考慮可以通過(guò)室內(nèi)光伏發(fā)電的方式來(lái)解決浪費(fèi)光能量的問(wèn)題。

2、但是，低光照條件下嚴(yán)重的非輻射載流子復(fù)合現(xiàn)象制約了鈣鈦礦基室內(nèi)光伏的應(yīng)用。目前，被廣泛研究的高效鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的帶隙主要集中在1.5-1.6ev，且其應(yīng)用于戶外，并不是室內(nèi)光伏器件應(yīng)用的理想選擇，而對(duì)于帶隙1.9ev及以上的室內(nèi)光伏研究少之又少，而且寬帶隙存在的開壓損失也是需要解決的問(wèn)題。另外，光伏器件在室內(nèi)光下的工作機(jī)制和主要挑戰(zhàn)與太陽(yáng)光下也有所不同。因此，開發(fā)具有大于1.9ev帶隙的高效且多功能的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，探索其在低光強(qiáng)度下的獨(dú)特特性并應(yīng)用于室內(nèi)光伏器件是是填補(bǔ)這一市場(chǎng)空白的關(guān)鍵。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，提供一種弱光用鈣鈦礦太陽(yáng)能電池及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明通過(guò)在鈣鈦礦吸光層引入氨基磺酸胍(gas)，優(yōu)化了薄膜質(zhì)量和太陽(yáng)能電池的光電性能，使得大于1.9ev帶隙的太陽(yáng)能電池在弱光條件下能夠具有良好的發(fā)電性能。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

3、第一方面，本發(fā)明提供一種弱光用鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，所述太陽(yáng)能電池的鈣鈦礦吸光層中前驅(qū)液的組分包括0.5～2mg/ml的氨基磺酸胍。

4、在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述氨基磺酸胍的用量為0.5mg/ml、1mg/ml、1.5mg/ml、2mg/ml中的任意一者或兩者之間的數(shù)值。

5、優(yōu)選地，所述太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)包括導(dǎo)電玻璃、空穴傳輸層、鈣鈦礦吸光層、電子傳輸層、金屬電極。

6、優(yōu)選地，所述弱光的光照強(qiáng)度為1000lux。

7、優(yōu)選地，所述太陽(yáng)能電池的帶隙大于1.9ev。

8、第二方面，本發(fā)明提供一種弱光用鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的制備方法，包括以下步驟：清潔導(dǎo)電玻璃、制備空穴傳輸層、制備鈣鈦礦吸光層、制備電子傳輸層、制備金屬電極；其中，制備鈣鈦礦吸光層的步驟包括在前驅(qū)體溶液中加入0.5～2mg/ml的氨基磺酸胍，將其旋涂在基體上，滴加反溶劑，退火后得到。

9、優(yōu)選地，所述前驅(qū)體溶液的組分包括碘化銫、甲脒氫碘酸鹽、碘化鉛、溴化鉛。

10、優(yōu)選地，所述旋涂采用兩步旋涂法，兩步轉(zhuǎn)速參數(shù)分別為以1000rpm的轉(zhuǎn)速持續(xù)轉(zhuǎn)10s，加速度為1000rpm/s，以6000rpm的轉(zhuǎn)速持續(xù)轉(zhuǎn)30s，加速度為3000rpm/s。

11、優(yōu)選地，所述退火溫度為100℃，退火時(shí)間為10min。

12、優(yōu)選地，所述空穴傳輸層的原料選自me-2pacz、4padbcz、4pacz中的任意一種或幾種。

13、優(yōu)選地，所述電子傳輸層的原料選自pcbm、c60、bcp中的任意一種或幾種。

14、優(yōu)選地，所述金屬電極材料選自ag、au或cu中的任意一種或幾種。

15、第三方面，本發(fā)明提供一種鈣鈦礦太陽(yáng)能電池在弱光環(huán)境中的應(yīng)用，所述鈣鈦礦太陽(yáng)能電池為上述太陽(yáng)能電池，所述弱光的光照強(qiáng)度為1000lux。

16、本發(fā)明的有益效果是：

17、本申請(qǐng)發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)寬帶隙鈣鈦礦的鹵化物相分離現(xiàn)象，只在am?1.5g等相對(duì)較高強(qiáng)度的光照下才會(huì)發(fā)生，而在光照強(qiáng)度低于1000lux時(shí)不會(huì)發(fā)生相分離，因此1.9ev鈣鈦礦太陽(yáng)能電池更適用于室內(nèi)光伏。本發(fā)明鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的吸光層中摻雜不同濃度的氨基磺酸胍(gas)具有以下作用：(1)gas的s＝o基團(tuán)能夠與pb配位，ga+能與鹵素離子形成n-h-x(cl/br)，從而減少薄膜內(nèi)部存在的缺陷，在很大程度上提升薄膜濕度穩(wěn)定性和電池器件的儲(chǔ)存穩(wěn)定性。(2)使得薄膜表面晶粒更加均勻致密，無(wú)任何孔洞，sem結(jié)果顯示薄膜的平均晶粒尺寸從245.4nm明顯提升至367.78nm。(3)制備出的電池器件在1000lux的led照明下，獲得了高達(dá)37.7％的pce，并且具有1.19v的voc。本發(fā)明直接優(yōu)化鈣鈦礦的體相結(jié)構(gòu)，優(yōu)化大于1.9ev帶隙的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的光電性能，步驟簡(jiǎn)單且便于操作。

技術(shù)特征：

1.一種弱光用鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述太陽(yáng)能電池的鈣鈦礦吸光層中前驅(qū)液的組分包括0.5～2mg/ml的氨基磺酸胍。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的弱光用鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)包括導(dǎo)電玻璃、空穴傳輸層、鈣鈦礦吸光層、電子傳輸層、金屬電極。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的弱光用鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述太陽(yáng)能電池的帶隙大于1.9ev。

4.根據(jù)權(quán)利要求1～3任意一項(xiàng)所述的弱光用鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述弱光的光照強(qiáng)度為1000lux。

5.一種弱光用鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：清潔導(dǎo)電玻璃、制備空穴傳輸層、制備鈣鈦礦吸光層、制備電子傳輸層、制備金屬電極；其中，制備鈣鈦礦吸光層的步驟包括在前驅(qū)體溶液中加入0.5～2mg/ml的氨基磺酸胍，將其旋涂在基體上，滴加反溶劑，退火后得到。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述前驅(qū)體溶液的組分包括碘化銫、甲脒氫碘酸鹽、碘化鉛、溴化鉛。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述旋涂采用兩步旋涂法，兩步轉(zhuǎn)速參數(shù)分別為以1000rpm的轉(zhuǎn)速持續(xù)轉(zhuǎn)10s，加速度為1000rpm/s，以6000rpm的轉(zhuǎn)速持續(xù)轉(zhuǎn)30s，加速度為3000rpm/s。

8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述退火溫度為100℃，退火時(shí)間為10min。

9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述空穴傳輸層的原料選自me-2pacz、4padbcz、4pacz中的任意一種或幾種。

10.一種鈣鈦礦太陽(yáng)能電池在弱光環(huán)境中的應(yīng)用，其特征在于，所述鈣鈦礦太陽(yáng)能電池為權(quán)利要求1～4任意一項(xiàng)所述的太陽(yáng)能電池或權(quán)利要求5～9任意一項(xiàng)所述的制備方法制備得到的太陽(yáng)能電池，所述弱光的光照強(qiáng)度為1000lux。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及鈣鈦礦太陽(yáng)能電池技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種弱光用鈣鈦礦太陽(yáng)能電池及其制備方法和應(yīng)用，所述太陽(yáng)能電池的鈣鈦礦吸光層中前驅(qū)液的組分包括0.5～2mg/ml的氨基磺酸胍。本發(fā)明通過(guò)在鈣鈦礦吸光層引入氨基磺酸胍(GAS)，優(yōu)化了薄膜質(zhì)量，提高了太陽(yáng)能電池的開路電壓和光電性能，使得大于1.9eV帶隙的太陽(yáng)能電池在弱光條件下能夠具有良好的發(fā)電性能。

技術(shù)研發(fā)人員：張文華,馬思敏,王若浩,陳家躍,劉仁正,徐浪,趙榮梅
受保護(hù)的技術(shù)使用者：云南大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15