X = Cl或/和I，厚度為0.05?30um。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述薄膜晶硅鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池，其特征在于:所述透明導(dǎo)電基底為以玻璃為基底的AZO、ITO或FTO透明氧化物導(dǎo)電層。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述薄膜晶硅鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池，其特征在于:所述背電極為鋁、銀或銅構(gòu)成的薄層或柵線。5.權(quán)利要求1所述薄膜晶硅鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池的制備方法，其步驟如下: 第一步，制備在透明導(dǎo)電基底上的P型薄膜晶硅空穴傳輸層: 以背面鍍有一層耐腐蝕金屬的P型單晶硅片作為陽(yáng)極，以鉑作為陰極，在體積比氫氟酸:無(wú)水乙醇=I: I的氫氟酸乙醇溶液中，通以大小為IA?7.5A的電流進(jìn)行陽(yáng)極氧化，通過(guò)電化學(xué)法腐蝕P型單晶硅片，在單晶硅片表面形成多孔硅結(jié)構(gòu)，然后將該形成多孔硅結(jié)構(gòu)的單晶硅片在H2氣氛下200°C至550°C退火，退火過(guò)程中該單晶硅片表層小孔隙率層的孔洞會(huì)逐漸閉合形成準(zhǔn)單晶層作為外延器件的模板，利用低壓力化學(xué)氣相沉積法在該準(zhǔn)單晶層上外延成為P型薄膜晶硅薄膜，將所形成的P型晶硅薄膜從單晶硅片上轉(zhuǎn)移到透明導(dǎo)電基底上，由此制備成在透明導(dǎo)電基底上的P型薄膜晶硅空穴傳輸層； 第二步，在P型薄膜晶硅空穴傳輸層上旋涂鈣鈦礦光吸收層: 在上述第一步制得的在透明導(dǎo)電基底上的P型薄膜晶硅空穴傳輸層上旋涂鈣鈦礦光吸收層，采用以下兩種方法中的任意一種: A.單一旋涂法: A-1.CH3NH3X的制備，其中X = Cl或I (下同): 制備CH3NH3X的原料是質(zhì)量百分比濃度為33%的甲胺乙醇溶液和質(zhì)量百分比濃度為57%的鹵化氫溶液，按體積比為質(zhì)量百分比濃度為33%的甲胺乙醇溶液:質(zhì)量百分比濃度為57 %的鹵化氫溶液=2?3: I，將這兩種溶液混合后放入到250mL的圓底燒瓶?jī)?nèi)，在(TC下，用恒溫磁力攪拌器不停攪拌1.5?2h，攪拌完畢后利用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀在50°C下通過(guò)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)去除溶劑，將獲得的白色固體用乙醚清洗三次，具體清洗步驟為:先將前述獲得的白色固體重新全部溶解在乙醇中，再不斷地添加干乙醚析出沉淀物，此過(guò)程重復(fù)兩次，最后將得到的白色固體放入到真空干燥箱中，在60°C和真空度為5X 14Pa的條件下干燥24h，制得CH3NH3X,所述鹵化氫溶液為氯化氫溶液或碘化氫溶液； A-2.成分為CH3NH3PbX3的鈣鈦礦前驅(qū)溶液的制備: 將摩爾比為質(zhì)量百分比為99.999%的PbX2:上述A-1步制得的CH3NH3X = 1:3混合，并溶解在質(zhì)量百分比純度為99.9%的N，N-二甲基甲酰胺中得到溶液A-2，其中PbX2的濃度為0.5?1M，CH3NH3X的濃度為I?2.5M，在室溫下，將上述溶液A-2用磁力攪拌器攪拌12h，制得成分為CH3NH3PbX3的鈣鈦礦前驅(qū)溶液，待用，上述PbX 2中的X = Cl或I，并且與CH3NH3X中的X相一致； A-3.在透明導(dǎo)電基底上的P型薄膜晶硅空穴傳輸層上旋涂鈣鈦礦光吸收層的濕膜: 將第一步制得的在透明導(dǎo)電基底上的P型薄膜晶硅空穴傳輸層整體放到旋涂?jī)x上，其中P型薄膜晶硅空穴傳輸層在上，取所需量的由上述A-2步制得的成分為CH3NH3PbX3的鈣鈦礦前驅(qū)溶液旋涂到P型薄膜晶硅空穴傳輸層上，將旋涂?jī)x轉(zhuǎn)速加速到6000rpm并保持這樣的轉(zhuǎn)速旋涂10?30s，在透明導(dǎo)電基底上的P型薄膜晶硅空穴傳輸層上旋涂上鈣鈦礦光吸收層的濕膜； A-4.熱處理: 將上述A-3步制得的在透明導(dǎo)電基底上的P型薄膜晶硅空穴傳輸層上旋涂上鈣鈦礦光吸收層的濕膜的整體放入到烘箱中進(jìn)行熱處理，先在90°C下熱處理0.5?lh，再加熱至100°C并保溫25min，由此在P型薄膜晶硅空穴傳輸層上旋涂鈣鈦礦光吸收層，該鈣鈦礦光吸收層的厚度為0.05?30um，并且在透明導(dǎo)電基底上的P型薄膜晶硅空穴傳輸層與鈣鈦礦光吸收層形成薄膜晶硅鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)； B.旋涂+浸漬法B-1.CH3NH3Cl 和 CH3NH3I 的制備: 制備CH3NH3Cl的原料是質(zhì)量百分比濃度為33%的甲胺乙醇溶液和質(zhì)量百分比濃度為57%的氯化氫溶液，按體積比為質(zhì)量百分比濃度為33%的甲胺乙醇溶液:質(zhì)量百分比濃度為57 %的氯化氫溶液=2?3: I，將這兩種溶液混合后放入到250mL的圓底燒瓶?jī)?nèi)，在O°C下，用恒溫磁力攪拌器不停攪拌1.5?2h，攪拌完畢后利用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀在50°C下通過(guò)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)去除溶劑，將獲得的白色固體用乙醚清洗三次，具體清洗步驟為:先將前述獲得的白色固體重新全部溶解在乙醇中，再不斷地添加干乙醚析出沉淀物，此過(guò)程重復(fù)兩次，最后將得到的白色固體放入到真空干燥箱中，在60°C和真空度為5X 14Pa的條件下干燥24h，制得CH3NH3Cl ;制備CH3NH3I的原料是質(zhì)量百分比濃度為33 %的甲胺乙醇溶液和質(zhì)量百分比濃度為57%的碘化氫溶液，按體積比為質(zhì)量百分比濃度為33%的甲胺乙醇溶液:質(zhì)量百分比濃度為57%的碘化氫溶液=2?3: 1，將這兩種溶液混合后放入到250mL的圓底燒瓶?jī)?nèi)，在(TC下，用恒溫磁力攪拌器不停攪拌1.5?2h，攪拌完畢后利用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀在50°C下通過(guò)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)去除溶劑，將獲得的白色固體用乙醚清洗三次，具體清洗步驟為:先將前述獲得的白色固體重新全部溶解在乙醇中，再不斷地添加干乙醚析出沉淀物，此過(guò)程重復(fù)兩次，最后將得到的白色固體放入到真空干燥箱中，在60°C和真空度為5X 14Pa的條件下干燥24h，制得 CH3NH3I ; B-2.在第一步制得的在透明導(dǎo)電基底上的P型薄膜晶硅空穴傳輸層上旋涂PbI2薄膜:將質(zhì)量百分比純度為99.999% PbI2溶解在質(zhì)量百分比純度為99.9%的N，N-二甲基甲酰胺中，使得該P(yáng)bI2溶液的濃度為0.5?1M，并在70°C下攪拌以至形成澄清明亮的黃色PbI2溶液，在旋涂之前，將第一步制得的在透明導(dǎo)電基底上的P型薄膜晶硅空穴傳輸層和上述黃色PbI2溶液的溫度加熱至60?65°C，然后將第一步制得的在透明導(dǎo)電基底上的P型薄膜晶硅空穴傳輸層整體放在旋涂?jī)x上，其中P型薄膜晶硅空穴傳輸層在上，取所需量的上述得到的黃色PbI2溶液旋涂到P型薄膜晶硅空穴傳輸層上，將旋涂?jī)x轉(zhuǎn)速加速到3000rpm并保持這樣的轉(zhuǎn)速旋涂10?20s，再經(jīng)干燥處理10分鐘，在透明導(dǎo)電基底上的P型薄膜晶硅空穴傳輸層上得到旋涂PbI2薄膜，該薄膜厚度為10?800nm ; B-3.將上述B-2步所得在透明導(dǎo)電基底上的P型薄膜晶硅空穴傳輸層上旋涂的PbI2薄膜變成由 CH3NH3PbI3、CH3NH3PbCl3, CH3NH3PbI2Cl 和 CH3NH3PbIClJg合構(gòu)成的薄膜: 將所需量的經(jīng)上述B-1步制得的CH3NH3Cl和CH3NH3I分別溶解在質(zhì)量百分比純度為99.9%的N，N- 二甲基甲酰胺中，分別得到的CH3NH3Cl溶液和CH3NH3I溶液，其濃度均為I?10mg/mL，按照體積比為CH3NH3I溶液:CH3NH3Cl溶液=I: 0.1?10分別取CH3NH3I溶液和CH3NH3Cl溶液混合得CH3NH3I和CH3NH3Cl的混合溶液，先將該混合溶液和由B-2步制得的在P型薄膜晶硅空穴傳輸層上旋涂的PbI2薄膜預(yù)熱至60°C，再將該P(yáng)bI 2薄膜充分地浸入上述混合溶液中與之反應(yīng)，靜置5?30min后取出，上述B-2步所得在透明導(dǎo)電基底上的P型薄膜晶硅空穴傳輸層上旋涂的PbI2薄膜變成由CH 3NH3PbI3、CH3NH3PbCl3, CH3NH3PbI2Cl和CH3NH3PbICV混合構(gòu)成的薄膜； B-4.熱處理: 將上述第二步的B-3步所制得的在透明導(dǎo)電基底上的P型薄膜晶硅空穴傳輸層上旋涂有CH3NH3PbI3 yCly薄膜的整體放入到烘箱中進(jìn)行熱處理，先在90°C下保溫I小時(shí)，再加熱至100°C并保溫25分鐘，由此在P型薄膜晶硅空穴傳輸層上旋涂鈣鈦礦光吸收層，該鈣鈦礦光吸收層的厚度為0.05?30um，并且在透明導(dǎo)電基底上的P型薄膜晶硅空穴傳輸層與鈣鈦礦光吸收層形成薄膜晶硅鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)； 第三步，在鈣鈦礦光吸收層上制作由致密二氧化鈦構(gòu)成的電子傳輸層: 將上述第二步所制得制品的整體放置入磁控濺射設(shè)備中，通過(guò)磁控濺射法在鈣鈦礦光吸收層上制備由致密二氧化鈦構(gòu)成的電子傳輸層，具體操作方法是:靶材為純度質(zhì)量百分比99.99 %的T12靶，靶直徑為60mm，厚度為5mm，濺射前，用高純氬氣對(duì)磁控濺射設(shè)備腔體進(jìn)行5min清洗，然后抽真空，本底真空為4.0X 10 3Pa,隨后依次通入氬氣和氧氣，通過(guò)調(diào)節(jié)流量控制氬氣和氧氣的體積比為9: 1，總壓強(qiáng)保持為2.0Pa，濺射功率為80W，濺射時(shí)間為4h，生長(zhǎng)結(jié)束后再經(jīng)過(guò)70V至150°C的退火處理，由此在鈣鈦礦光吸收層上制得由致密二氧化鈦構(gòu)成的電子傳輸層； 第四步，在由致密二氧化鈦構(gòu)成的電子傳輸層上制備背電極: 在上述第三步制備成的由致密二氧化鈦構(gòu)成的電子傳輸層上制備背電極，具體操作方法是采用如下兩種方法中的任意一種: A.磁控濺射方法: 將上述第三步所制得制品的整體放置入超真空直流磁控濺射設(shè)備中，對(duì)第三步制備成的由致密二氧化鈦構(gòu)成的電子傳輸層進(jìn)行鍍膜，濺射靶采用質(zhì)量百分比純度>99.99%的鋁、銅或銀，以質(zhì)量百分比純度為99.999%的Ar作為濺射氣體通入濺射腔內(nèi)，在真空度為4.0X10 4Pa、氬氣流量為20cm3/S、靶基距為1cm和工作電流為IA的條件下，濺射60?90min后，即在第三步制備成電子傳輸層上制備背電極上制備得鋁、銅或銀構(gòu)成的薄層背電極或者柵線背電極； B.熱蒸鍍方法: 將上述第三步所制得制品的整體放置入真空鍍膜機(jī)中，對(duì)第三步制備成的由致密二氧化鈦構(gòu)成的電子傳輸層進(jìn)行鍍膜，在150?175V的電壓下使用電阻絲加熱真空鍍膜機(jī)，在真空度為1X10 4Pa?8.0X10 4Pa和溫度為室溫至150°C條件下，用蒸發(fā)鍍鋁、銅或銀的方法，蒸鍍2?60秒，即在第三步制備成的由致密二氧化鈦構(gòu)成的電子傳輸層上制備得鋁、銅或銀構(gòu)成的薄層背電極； 至此，最終制得由透明導(dǎo)電基底、P型薄膜晶硅空穴傳輸層、鈣鈦礦光吸收層、由致密二氧化鈦構(gòu)成的電子傳輸層和背電極構(gòu)成的薄膜晶硅鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述薄膜晶硅鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池的制備方法，其特征在于:所述透明導(dǎo)電基底為以玻璃為基底的AZO、ITO或FTO透明氧化物導(dǎo)電層。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明薄膜晶硅鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池及其制備方法，涉及專(zhuān)門(mén)適用于將光能轉(zhuǎn)換為電能的半導(dǎo)體器件，由透明導(dǎo)電基底、P型薄膜晶硅空穴傳輸層、鈣鈦礦光吸收層、由致密二氧化鈦構(gòu)成的電子傳輸層和背電極構(gòu)成，其中，鈣鈦礦光吸收層與P型薄膜晶硅空穴傳輸層具備相匹配的能級(jí)；組成方式是：P型薄膜晶硅空穴傳輸層置于透明導(dǎo)電基底上面，鈣鈦礦光吸收層置于P型薄膜晶硅空穴傳輸層的上面，鈣鈦礦光吸收層與P型薄膜晶硅空穴傳輸層形成薄膜晶硅鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)，由致密二氧化鈦構(gòu)成的電子傳輸層置于鈣鈦礦光吸收層上面，背電極置于由致密二氧化鈦構(gòu)成的電子傳輸層上面?？朔爽F(xiàn)有鈣鈦礦太陽(yáng)電池穩(wěn)定性不足、制備成本高或硅材料使用量大的缺陷。
【IPC分類(lèi)】H01L51/54, H01L51/00, H01L51/56, H01L51/52
【公開(kāi)號(hào)】CN105226187
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510785094
【發(fā)明人】田漢民, 金慧嬌, 畢文剛, 花中秋, 楊瑞霞, 戎小瑩, 張?zhí)? 王偉
【申請(qǐng)人】河北工業(yè)大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年1月6日
【申請(qǐng)日】2015年11月15日