具金屬氧化物的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的制備方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)提供一種具金屬氧化物的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的制備方法，其步驟包括有步驟一：在一基板上形成一透明導(dǎo)電層；步驟二：使用一電噴霧技術(shù)將一金屬氧化物前驅(qū)物均勻噴涂在該透明導(dǎo)電層上；步驟三：進(jìn)行一熱處理程序，使金屬氧化物前驅(qū)物形成一第一載子傳輸層；步驟四：再于第一載子傳輸層上依序形成一鈣鈦礦施體層、一第二載子傳輸層、一緩沖層以及一金屬電極層。本發(fā)明專利技術(shù)利用電噴霧技術(shù)成膜的方法能夠有效大幅降低太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的生產(chǎn)與建置的成本，改善現(xiàn)有技術(shù)不能大量生產(chǎn)的缺失。

Preparation of perovskite solar cells with metal oxides

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
具金屬氧化物的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的制備方法
本專利技術(shù)有關(guān)于一種鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的制備方法，尤其是指一種具金屬氧化物的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的制備方法，其通過電噴霧技術(shù)將金屬氧化物均勻噴灑在透明導(dǎo)電層上，以作為鈣鈦礦太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)中的載子傳輸層，此利用電噴霧技術(shù)成膜的方法能夠有效大幅降低太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的生產(chǎn)與建置的成本。
技術(shù)介紹
按，2009年，Miyasaka將鈣鈦礦應(yīng)用在太陽(yáng)能電池，為最早的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，其光電轉(zhuǎn)換效率(powerconversionefficiency,PCE)僅為3.8％，直到2014年，已經(jīng)有相關(guān)的研發(fā)團(tuán)隊(duì)成功地讓鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率提升至最初的4、5倍之多，如此大幅的進(jìn)步，也說明了鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的可行性。近年，也將無機(jī)金屬氧化物應(yīng)用于鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，例如以氧化鎳(NiO)制備空穴傳輸層，可以提高元件的穩(wěn)定性，由于氧化鎳的特性有大帶隙，所以在最早時(shí)，氧化鎳搭配CH3NH3PbI3的鈣鈦礦材料，以旋轉(zhuǎn)涂布法在玻璃基板、氧化銦錫(ITO)透明導(dǎo)電層上形成一層傳輸層，其光電轉(zhuǎn)換效率約為7.8％；其他材料例如利用無機(jī)化合物，碘化亞銅(CuI)與硫氰化銅(CuSCN)制備空穴傳輸層，其研究顯示能具有良好的空穴遷移率及良好的化學(xué)穩(wěn)定性，但光電轉(zhuǎn)換效率仍有空間再進(jìn)步；再者，亦有使用金屬氧化物材料如氧化鋁(Al2O3)制備成鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中的傳輸層，雖此材料原本用于絕緣，但卻發(fā)現(xiàn)將其制備成多孔結(jié)構(gòu)，反而開路電壓Voc提高不少，表示鈣鈦礦材料本身不但是良好的吸光層，更具有良好的電荷傳導(dǎo)能力，由目前已知的文獻(xiàn)中，已經(jīng)知道可以將金屬氧化物應(yīng)用在鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，作為載子傳輸層。然，目前技術(shù)中，以金屬氧化物制備載子傳輸層時(shí)，制備方法有旋轉(zhuǎn)涂布法、溶膠凝膠法、濺射法等，其中以旋轉(zhuǎn)涂布法最為常見，可參考中國(guó)臺(tái)灣專利公告號(hào)I474992“鈣鈦礦薄膜及太陽(yáng)能電池的制備方法”，說明書中有說明可利用氧化鎳作為第二載子傳輸層，在此I474992專利中，即使用旋轉(zhuǎn)涂布法形成載子傳輸層，作為空穴傳輸之用；但旋轉(zhuǎn)涂布法或其他鍍膜方法，不一定適合用于大量生產(chǎn)，且存在成本高的問題，其是太陽(yáng)能光電產(chǎn)業(yè)中所面臨的主要問題。爰此，如何成功將金屬氧化物以一種較低成本的方式，應(yīng)用于鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中作為載子傳輸層，作為電子或空穴的傳輸，改善
技術(shù)介紹
具有的缺失，即為專利技術(shù)人思及的方向。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
今，專利技術(shù)人即是鑒于上述現(xiàn)有的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的金屬氧化物的制備方法于實(shí)際實(shí)施使用時(shí)仍具有多處缺失，于是乃一本孜孜不倦的精神，并通過其豐富專業(yè)知識(shí)及多年的實(shí)務(wù)經(jīng)驗(yàn)所輔佐，而加以改善，并據(jù)此研創(chuàng)出本專利技術(shù)。本專利技術(shù)主要目的為提供一種具金屬氧化物的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的制備方法，通過電噴霧技術(shù)將金屬氧化物均勻噴灑在透明導(dǎo)電層上，以作為鈣鈦礦太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)中的載子傳輸層，此利用電噴霧技術(shù)成膜的方法能夠有效大幅降低太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的生產(chǎn)與建置的成本，又能改善
技術(shù)介紹
不能大量生產(chǎn)的缺失。為了達(dá)到上述實(shí)施目的，本專利技術(shù)一種具金屬氧化物的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的制備方法，其步驟為，首先，在一基板上形成一透明導(dǎo)電層；再使用一電噴霧技術(shù)(Electrospray)將一金屬氧化物前驅(qū)物均勻噴涂在透明導(dǎo)電層上；噴涂完畢后，進(jìn)行一熱處理程序，使金屬氧化物前驅(qū)物形成一第一載子傳輸層；最后，于空穴傳輸層上依序形成一鈣鈦礦施體層、一第二載子傳輸層、一緩沖層以及一金屬電極層，即完成鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的制備。于本專利技術(shù)的一實(shí)施例中，透明導(dǎo)電層為ITO(氧化銦錫)、IZO(氧化銦鋅)、AZO(摻鋁的氧化鋅)或FTO(摻氟的二氧化錫)其中之一。于本專利技術(shù)的一實(shí)施例中，金屬氧化物前驅(qū)物為含水甲酸鎳(C2H2NiO4·2H2O)或二氯化銅(CuCl2)其中之一。于本專利技術(shù)的一實(shí)施例中，電噴霧技術(shù)的噴涂時(shí)間為10秒～300秒。于本專利技術(shù)的一實(shí)施例中，熱處理程序在溫度100℃～500℃，加熱20分鐘～60分鐘。于本專利技術(shù)的一實(shí)施例中，鈣鈦礦施體層由通式ABC3-xDx表示，其中A為H3CNH3離子、H2NCH＝NH2離子、C(NH2)3離子、銫離子之中至少一種，B為鉛離子、錫離子、鍺離子之中至少一種，C為氯離子、溴離子、碘離子之中至少一種，D為氯離子、溴離子、碘離子之中至少一種，而x為0至3的實(shí)數(shù)。于本專利技術(shù)的一實(shí)施例中，第二載子傳輸層為C60(富勒烯)、PC61BM、ICBA、PC71BM、氧化鋅、二氧化鈦、二氧化錫或三氧化鎢其中之一。于本專利技術(shù)的一實(shí)施例中，緩沖層為BCP(浴銅靈)，金屬電極層為鋁、金或銀其中之一。于本專利技術(shù)的一實(shí)施例中，鈣鈦礦施體層以電噴霧技術(shù)形成薄膜，透明導(dǎo)電層、第二載子傳輸層、緩沖層以及金屬電極層則以旋轉(zhuǎn)涂布、濺射或蒸鍍技術(shù)形成薄膜。本專利技術(shù)利用電噴霧技術(shù)成膜的方法能夠有效大幅降低太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的生產(chǎn)與建置的成本，改善現(xiàn)有技術(shù)不能大量生產(chǎn)的缺失。附圖說明圖1：本專利技術(shù)其較佳實(shí)施例的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)示意圖。圖2：本專利技術(shù)其較佳實(shí)施例的氧化鎳薄膜表面及斷面電子顯微鏡分析圖。圖3：本專利技術(shù)其較佳實(shí)施例的氧化銅薄膜表面電子顯微鏡分析圖。附圖標(biāo)號(hào)1基板2透明導(dǎo)電層3第一載子傳輸層4鈣鈦礦施體層5第二載子傳輸層6緩沖層7金屬電極層具體實(shí)施方式本專利技術(shù)的目的及其結(jié)構(gòu)功能上的優(yōu)點(diǎn)，將依據(jù)以下圖面所示的結(jié)構(gòu)，配合具體實(shí)施例予以說明，俾使審查委員能對(duì)本專利技術(shù)有更深入且具體的了解。請(qǐng)參閱圖式圖1，本專利技術(shù)一種具金屬氧化物的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的制備方法，其步驟包括有步驟一：在一基板1上形成一透明導(dǎo)電層2；步驟二：使用一電噴霧技術(shù)(Electrospray)將一金屬氧化物前驅(qū)物均勻噴涂在透明導(dǎo)電層2上，噴涂時(shí)間約為10秒～300秒；步驟三：在溫度100℃～500℃，進(jìn)行一熱處理程序，過程持續(xù)20分鐘～60分鐘，使金屬氧化物成為一第一載子傳輸層3；步驟四：再于第一載子傳輸層3上以旋轉(zhuǎn)涂布、濺射或蒸鍍等技術(shù)，依序形成一鈣鈦礦施體層4、一第二載子傳輸層5、一緩沖層6以及一金屬電極層7。其中，透明導(dǎo)電層2可例如為ITO(氧化銦錫)、IZO(氧化銦鋅)、AZO(摻鋁的氧化鋅)或FTO(摻氟的二氧化錫)其中之一；金屬氧化物前驅(qū)物為含水甲酸鎳(C2H2NiO4·2H2O)或二氯化銅(CuCl2)其中之一；鈣鈦礦施體層4由通式ABC3-xDx表示，其中A為H3CNH3離子、H2NCH＝NH2離子、C(NH2)3離子、銫離子之中至少一種，B為鉛離子、錫離子、鍺離子之中至少一種，C為氯離子、溴離子、碘離子之中至少一種，D為氯離子、溴離子、碘離子之中至少一種，而x為0至3的實(shí)數(shù)；第二載子傳輸層5為C60(富勒烯)、PC61BM、ICBA、PC71BM、氧化鋅、二氧化鈦、二氧化錫或三氧化鎢其中之一；緩沖層6為BCP(浴銅靈)；金屬電極層7為鋁、金或銀其中之一。此外，通過下述具體實(shí)施例，可進(jìn)一步證明本專利技術(shù)可實(shí)際應(yīng)用的范本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種具金屬氧化物的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的制備方法，其特征在于，其步驟包括有：/n步驟一：在一基板上形成一透明導(dǎo)電層；/n步驟二：使用一電噴霧技術(shù)將一金屬氧化物前驅(qū)物均勻噴涂在該透明導(dǎo)電層上；/n步驟三：進(jìn)行一熱處理程序，使該金屬氧化物前驅(qū)物形成一第一載子傳輸層；/n步驟四：再于該第一載子傳輸層上依序形成一鈣鈦礦施體層、一第二載子傳輸層、一緩沖層以及一金屬電極層。/n

【技術(shù)特征摘要】
1.一種具金屬氧化物的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的制備方法，其特征在于，其步驟包括有：
步驟一：在一基板上形成一透明導(dǎo)電層；
步驟二：使用一電噴霧技術(shù)將一金屬氧化物前驅(qū)物均勻噴涂在該透明導(dǎo)電層上；
步驟三：進(jìn)行一熱處理程序，使該金屬氧化物前驅(qū)物形成一第一載子傳輸層；
步驟四：再于該第一載子傳輸層上依序形成一鈣鈦礦施體層、一第二載子傳輸層、一緩沖層以及一金屬電極層。


2.如權(quán)利要求1所述的具金屬氧化物的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的制備方法，其特征在于，該透明導(dǎo)電層為ITO、IZO、AZO或FTO其中之一。


3.如權(quán)利要求1所述的具金屬氧化物的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的制備方法，其特征在于，該金屬氧化物前驅(qū)物為含水甲酸鎳或二氯化銅其中之一。


4.如權(quán)利要求1所述的具金屬氧化物的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的制備方法，其特征在于，該電噴霧技術(shù)的噴涂時(shí)間為10秒～300秒。


5.如權(quán)利要求1所述的具金屬氧化物的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的制備方法，其特征在于，該熱處理程序在溫度100℃～500℃，加熱20...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：傅耀賢，郭宗枋，林佩瑩，洪嘉聰，劉真誠(chéng)，林世仁，戴學(xué)斌，徐國(guó)欽，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：臺(tái)南大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：中國(guó)臺(tái)灣;71