【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于太陽能電池，涉及一種鈣鈦礦梯度帶隙薄膜及其制備方法和應用。
技術介紹
1、金屬鹵化物混合鈣鈦礦太陽能電池具有高功率轉換效率和低成本的優點，受到學術界和工業界的高度重視。目前，采用的濕法制備鈣鈦礦薄膜的工藝只適用于實驗室規模的小尺寸制備(<100cm2)，大面積組件制備受限。為實現商業化，必須開發適合工業應用的大面積制備工藝。而且，濕法過程中使用的溶劑對底層的功能層有害，對環境也有害。
2、相比之下，使用干法制備工藝可以避免這些缺點，不同材料前驅體可以均勻地沉積在襯底上。同時，在真空蒸發過程中，薄膜厚度可精確控制，適用于產業化大規模制備。目前，干法制備工藝主要包括三類：共蒸法、逐層順序沉積法和氣相/液相輔助沉積法。然而，氣相/液相輔助沉積法仍然存在大面積組件制備的不足，共蒸法和逐層順序沉積法均具備實現大面積組件制備的可能。但目前尚未有一種成熟且高效的干法制備工藝，以解決濕法制備工藝過程中存在的薄膜厚度控制范圍受限，以及采用組分篩選調控鈣鈦礦層帶隙的制備缺乏統一性的問題。
3、有鑒于此，特提出本專利技術。
技術實現思路
1、本專利技術為了解決上述技術問題，提供一種鈣鈦礦梯度帶隙薄膜及其制備方法和應用，以解決現有濕法制備工藝無法實現梯度帶隙鈣鈦礦薄膜“層疊層”制備的問題。
2、為實現上述目的，本專利技術提供了如下技術方案：
3、一方面，本專利技術提供了一種鈣鈦礦梯度帶隙薄膜，由至少一層寬帶隙鈣鈦礦層和至少一層窄帶隙鈣鈦礦
4、所述寬帶隙鈣鈦礦層的材料為ma(1-x1)fax1pb(i(1-y1-y2)bry1cly2)3，其中：x1的范圍為0≤x1≤1；y1的范圍為0≤y1≤1；y2的范圍為0≤y2≤1；y1和y2不同時為0；所述寬帶隙鈣鈦礦層的禁帶寬度eg1的范圍為1.6ev＜eg1≤2.3ev；
5、所述窄帶隙鈣鈦礦層的材料為ma(1-x2)fax2pbzsn(1-z)pbi3，其中：x2的范圍為0≤x2≤1；z的范圍為0≤z≤1；所述窄帶隙鈣鈦礦層的禁帶寬度eg2的范圍為1.35ev＜eg2≤1.6ev。
6、具體地，所述寬帶隙鈣鈦礦層和所述窄帶隙鈣鈦礦層的層數均為1～5內的整數。
7、具體地，所述鈣鈦礦梯度帶隙薄膜的帶隙寬度范圍為1.35ev～2.3ev。
8、進一步地，所述寬帶隙鈣鈦礦層的制備可通過分別蒸鍍鹵化鉛a1和有機鹽a2，然后在60～150℃下退火10～30min得到。其中，所述鹵化鉛a1的厚度為10～100nm；所述鹵化鉛a1和有機鹽a2的厚度比1：(1～2.5)。
9、具體地，所述鹵化鉛a1為pbi2、pbbr2、pbcl2中的至少一種；所述有機鹽a2為fai、fabr、facl、mai、mabr、macl中的至少一種。
10、進一步地，所述窄帶隙鈣鈦礦層的制備可通過分別蒸鍍鹵化鉛b1和有機鹽b2，然后在60～150℃的溫度下退火10～30min得到。其中，所述鹵化鉛b1的厚度為10～100nm；所述鹵化鉛b1和有機鹽b2的厚度比1：(1～2.5)。
11、具體地，所述鹵化鉛b1為pbi2、sni2中的至少一種；所述有機鹽b2為fai、mai中的至少一種。
12、進一步地，所述鹵化鉛a1和所述鹵化鉛b1的蒸鍍電流各自獨立地為1.8～2.0a；蒸鍍速率各自獨立地為
13、進一步，所述有機鹽a2和所述有機鹽b2的蒸鍍電流各自獨立地為0.8～1.0a；蒸鍍速率各自獨立地為
14、另一方面，本專利技術提供了一種鈣鈦礦梯度帶隙薄膜的制備方法，通過將至少一層寬帶隙鈣鈦礦層、至少一層窄帶隙鈣鈦礦層堆疊，然后在60～150℃的溫度下退火10～30min制備得到；其中，所有窄帶隙鈣鈦礦層均位于所有寬帶隙鈣鈦礦層的上方。
15、又一方面，本專利技術還提供了上述鈣鈦礦梯度帶隙薄膜在鈣鈦礦太陽能電池中的應用。
16、此外，本專利技術還提供了一種基于上述鈣鈦礦梯度帶隙薄膜的鈣鈦礦太陽能電池，具體地：
17、所述鈣鈦礦太陽能電池為正置結構(n-i-p型)，且由下至上包括依次堆疊的透明導電基底、電子傳輸層(etl)、鈣鈦礦梯度帶隙薄膜、空穴傳輸層(htl)、金屬電極；所述鈣鈦礦梯度帶隙薄膜由若干寬帶隙鈣鈦礦層和若干窄帶隙鈣鈦礦層堆疊形成。
18、或者，所述鈣鈦礦太陽能電池為反置結構(p-i-n型)，且由下至上包括依次堆疊的透明導電基底、空穴傳輸層(htl)、鈣鈦礦梯度帶隙薄膜、電子傳輸層(etl)、金屬電極；所述鈣鈦礦梯度帶隙薄膜由若干寬帶隙鈣鈦礦層和若干窄帶隙鈣鈦礦層堆疊形成。
19、本專利技術對鈣鈦礦太陽能電池的透明導電基底沒有特別的限制，可以使用本領域公知的任何導電基底，只要能實現本專利技術的目的即可。例如，透明導電基底可以包括柔性導電基底或剛性導電基底；其中，柔性導電基底可以為摻氟氧化錫(fto)柔性導電基底或者摻銦氧化錫(ito)柔性導電基底；剛性導電基底可以為fto導電玻璃基底或ito導電玻璃基底。
20、本專利技術對鈣鈦礦太陽能電池的電子傳輸層的材料沒有特別限制，可以是本領域技術人員公知的材料或其組合，例如可以選自二氧化鈦(tio2)電子傳輸層、二氧化錫(sno2)電子傳輸層，富勒烯電子傳輸層、c60電子傳輸層或者氧化鋅(zno)電子傳輸層等；并且，本專利技術對電子傳輸層的厚度沒有特別限制，只要能達到本專利技術的目的即可，例如電子傳輸層的厚度可以為20～100nm。本申請對電子傳輸層的制備工藝沒有特別限制，例如，可以采用溶液旋涂法、溶液刮涂法、溶液噴涂法、狹縫涂布法或水熱生長法等，在本申請的一些實施方案中，電子傳輸層的制備方法為狹縫涂布法。
21、本專利技術對鈣鈦礦太陽能電池的空穴傳輸層沒有特別限制，可以是本領域技術人員公知的材料或其組合，例如可以為氧化鎳、摻雜氧化鎳、碘化亞銅、硫氰酸亞銅、聚[雙(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺](ptaa)、pedot:pss或者spiro-ometad制備的層狀結構中的任一種；并且，本專利技術對空穴傳輸層的厚度沒有特別限制，只要能達到本專利技術的目的即可，例如可以為10nm～100nm；而且本專利技術對空穴傳輸層的制備工藝沒有特別限制，例如，可以采用溶液旋涂法、溶液刮涂法、狹縫涂布法或氣相法等，在本專利技術的一些實施方案中，空穴傳輸層的制備方法為狹縫涂布法。
22、本專利技術對鈣鈦礦太陽能電池的金屬電極的材料沒有特別限制，可以是本領域技術人員公知的材料或其組合，例如可以為金(au)電極、銀(ag)電極、鋁(al)電極或銅(cu)電極中的任一種。并且，本專利技術對金屬極的厚度沒有特別限制，只要能達到本專利技術的目的即可，例如可以為50～100nm，電極厚度在此范圍內可以獲得更好的效果。當然，本領域技術人員可以根據需要選擇合適的電極厚度，本專利技術對金屬電極的制備工藝沒有特別限制，例如，可以采用熱蒸發法。
23、此外，需要說明的是，根據需要本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種鈣鈦礦梯度帶隙薄膜，其特征在于，由至少一層寬帶隙鈣鈦礦層和至少一層窄帶隙鈣鈦礦層堆疊形成；
2.根據權利要求1所述的鈣鈦礦梯度帶隙薄膜，其特征在于，所述寬帶隙鈣鈦礦層和所述窄帶隙鈣鈦礦層的層數均為1～5內的整數。
3.根據權利要求1所述的鈣鈦礦梯度帶隙薄膜，其特征在于，所述寬帶隙鈣鈦礦層通過分別蒸鍍鹵化鉛A1和有機鹽A2，并經退火處理后制備得到；所述窄帶隙鈣鈦礦層通過分別蒸鍍鹵化鉛B1和有機鹽B2，并經退火處理后制備得到。
4.根據權利要求3所述的鈣鈦礦梯度帶隙薄膜，其特征在于，所述寬帶隙鈣鈦礦層和所述窄帶隙鈣鈦礦層的退火處理的工藝參數均相同，具體為：退火溫度為60～150℃，退火時間為10～30min。
5.根據權利要求3所述的鈣鈦礦梯度帶隙薄膜，其特征在于，所述寬帶隙鈣鈦礦層的鹵化鉛A1和有機鹽A2的厚度比1：(1～2.5)；所述窄帶隙鈣鈦礦層的鹵化鉛B1和有機鹽B2的厚度比1：(1～2.5)。
6.根據權利要求3所述的鈣鈦礦梯度帶隙薄膜，其特征在于，所述鹵化鉛A1為PbI2、PbBr2、PbCl2中的至少一
7.根據權利要求3所述的鈣鈦礦梯度帶隙薄膜，其特征在于，所述鹵化鉛B1為PbI2、SnI2中的至少一種；所述有機鹽B2為FAI、MAI中的至少一種。
8.根據權利要求3所述的鈣鈦礦梯度帶隙薄膜，其特征在于，所述鹵化鉛B1和所述鹵化鉛A1的蒸鍍電流均為1.8～2.0A，蒸鍍速率均為所述有機鹽B2和所述有機鹽A2的蒸鍍電流均為0.8～1.0A，蒸鍍速率均為
9.一種基于權利要求1～8任一項所述鈣鈦礦梯度帶隙薄膜的制備方法，其特征在于，通過將至少一層寬帶隙鈣鈦礦層、至少一層窄帶隙鈣鈦礦層堆疊，然后在60～150℃的溫度下退火10～30min制備得到。
10.一種基于權利要求1～8任一項所述鈣鈦礦梯度帶隙薄膜在鈣鈦礦太陽能電池中的應用，其特征在于，所述鈣鈦礦太陽能電池為正置結構或反置結構。
...【技術特征摘要】
1.一種鈣鈦礦梯度帶隙薄膜，其特征在于，由至少一層寬帶隙鈣鈦礦層和至少一層窄帶隙鈣鈦礦層堆疊形成；
2.根據權利要求1所述的鈣鈦礦梯度帶隙薄膜，其特征在于，所述寬帶隙鈣鈦礦層和所述窄帶隙鈣鈦礦層的層數均為1～5內的整數。
3.根據權利要求1所述的鈣鈦礦梯度帶隙薄膜，其特征在于，所述寬帶隙鈣鈦礦層通過分別蒸鍍鹵化鉛a1和有機鹽a2，并經退火處理后制備得到；所述窄帶隙鈣鈦礦層通過分別蒸鍍鹵化鉛b1和有機鹽b2，并經退火處理后制備得到。
4.根據權利要求3所述的鈣鈦礦梯度帶隙薄膜，其特征在于，所述寬帶隙鈣鈦礦層和所述窄帶隙鈣鈦礦層的退火處理的工藝參數均相同，具體為：退火溫度為60～150℃，退火時間為10～30min。
5.根據權利要求3所述的鈣鈦礦梯度帶隙薄膜，其特征在于，所述寬帶隙鈣鈦礦層的鹵化鉛a1和有機鹽a2的厚度比1：(1～2.5)；所述窄帶隙鈣鈦礦層的鹵化鉛b1和有機鹽b2的厚度比1：(1～2.5)。
6.根據權利要求3所述的鈣鈦礦梯...
【專利技術屬性】
技術研發人員：李培舟，趙長征，韓偉，
申請(專利權)人：西安天交新能源有限公司，
類型：發明
國別省市：
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