【专利解密】全无机材料打造 沃格光电发明新型钙钛矿太阳能电池

【嘉勤点评】沃格光电发明的基于全无机材料的钙钛矿太阳能电池的制作方案，其没有采用稳定性较差的有机材料而是由全无机材料构成，且可以直接在空气环境下完成，不必在惰性气氛的保护下进行，通过各个功能膜层材料的选择满足能级的匹配保证钙钛矿太阳能电池可以正常工作。

集微网消息，太阳能作为一种清洁的绿色能源，取之不尽用之不竭。据相关资料显示，太阳辐射到地球表面的平均功率每小时高达1.73×1017W，若能充分的利用这些能量就足以满足全人类的生存需求。

太阳能电池装置是利用太阳能发电的核心器件，也是实现光能向电能转换的关键器件。针对目前市场上出现的众多太阳能电池器件而言，可基本分为三大类：第一代太阳能电池主要包括单晶硅、多晶硅、非晶硅类太阳能电池；第二代太阳能电池主要包括砷化镓、碲化镉、铜铟镓硒等多元化合物薄膜太阳能电池；第三代太阳能电池是指近代兴起的一种新型薄膜类太阳能电池，它们的光敏活性层可以控制在1um以下，主要包括染料敏化、量子点、聚合物以及钙钛矿太阳能电池等。

其中，钙钛矿材料属于一种可以人工合成的晶体，原材料来源丰富、生产加工成本低廉、对杂质不敏感，此外其较高的摩尔消光系数、较长的激子传输通道以及可调节的光学带隙等诸多优势深受相关研究人员的青睐。

钙钛矿太阳能电池作为目前光伏领域的研究热点，实验室报道的单节器件光电转换效率高达25.8％，并仍具有拔高的趋势。然而，这些电池器件的实际工作有效面积不足1cm2，且环境稳定性较差，通常只能在惰性气氛保护下制备，实际的工作寿命并不长；有些器件还使用了价格昂贵的有机材料作为空穴传输材料，而对于一个钙钛矿太阳能电池器件的组成材料而言，其中属空穴传输材料价格成本最高。

因此，为了实现一种低成本且光电转换性能较优的钙钛矿太阳能电池制备方案，沃格光电在2022年3月2日申请了一项名为“一种基于全无机材料的钙钛矿太阳能电池的制作方法”的发明专利（申请号：202210203179.5），申请人为江西沃格光电股份有限公司。

根据该专利目前公开的相关资料，让我们一起来看看这项技术方案吧。

如上图，为该专利中发明的基于全无机材料的钙钛矿太阳能电池制作方法的流程示意图，该太阳能电池由依次设置在衬底上的透明导电氧化物膜层、电子传输层、钙钛矿光敏活性层、空穴传输层和背电极构成。其中，电子传输层的材料为第一无机材料，空穴传输层的材料为第二无机材料。

如上图，为钙钛矿太阳能电池的结构示意图，衬底一般选用硅硼基玻璃，将其清洗干净并在其一面采用磁控溅射镀膜的加工方式溅射透明导电氧化物膜层，透明导电氧化物膜层的材料为ITO材料或FTO材料。例如，当选用FTO材料时，透明导电氧化物膜层的厚度为100nm‑400nm，方阻为8Ω/sq‑20Ω/sq、透过率在84％以上，将其切割成长宽高依次为20mm×20mm×2.2mm的小片玻璃。

接着，对上述步骤形成的小片FTO玻璃依次采用清洗剂、丙酮、去离子水、异丙醇等超声清洗30min，放入烘箱(温度设定75℃)进行烘烤，干燥后对FTO一面采用等离子体plasma机处理20min后备用。

然后，在该FTO玻璃上制作电子传输层，电子传输层的材料为第一无机材料，例如可以选用TiO2、SnO2、ZnO2等，利用溶液旋涂法或溶液涂布法来对电子传输层进行加工，将其厚度控制在30nm‑100nm。

在电子传输层背离衬底的一侧形成钙钛矿光敏活性层，其厚度选择为200nm‑500nm。在其上又累加形成空穴传输层，其材料为第二无机材料，例如为CuO2、MoO2、CuO等，其加工方式可以采用磁控溅射法。借助这种类似流水线的加工方法制备钙钛矿太阳能电池，提高了太阳能电池制备的灵活性。

最后，如上图，为该钙钛矿太阳能电池的结构示意图，在FTO材料的基础上，对所有切割出来的小片FTO玻璃采用化学方法靠边刻蚀出4mm的宽度以裸露出非导电玻璃区域。

以上就是沃格光电发明的基于全无机材料的钙钛矿太阳能电池的制作方案，该方案没有采用稳定性较差的有机材料而是由全无机材料构成，且可以直接在空气环境下完成，不必在惰性气氛的保护下进行，通过各个功能膜层材料的选择满足能级的匹配保证钙钛矿太阳能电池可以正常工作。

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（校对/赵月）