TWI547582B - 太陽能電池與其形成方法 - Google Patents
太陽能電池與其形成方法 Download PDFInfo
- Publication number
- TWI547582B TWI547582B TW103143429A TW103143429A TWI547582B TW I547582 B TWI547582 B TW I547582B TW 103143429 A TW103143429 A TW 103143429A TW 103143429 A TW103143429 A TW 103143429A TW I547582 B TWI547582 B TW I547582B
- Authority
- TW
- Taiwan
- Prior art keywords
- conversion layer
- electrode
- energy gap
- layer
- deposition
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 19
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 146
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 69
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 63
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 30
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 claims description 26
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 claims description 14
- BAVYZALUXZFZLV-UHFFFAOYSA-O Methylammonium ion Chemical compound [NH3+]C BAVYZALUXZFZLV-UHFFFAOYSA-O 0.000 claims description 13
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 13
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 claims description 12
- QUSNBJAOOMFDIB-UHFFFAOYSA-O ethylaminium Chemical compound CC[NH3+] QUSNBJAOOMFDIB-UHFFFAOYSA-O 0.000 claims description 12
- VMGAPWLDMVPYIA-HIDZBRGKSA-N n'-amino-n-iminomethanimidamide Chemical compound N\N=C\N=N VMGAPWLDMVPYIA-HIDZBRGKSA-N 0.000 claims description 12
- BOLDJAUMGUJJKM-LSDHHAIUSA-N renifolin D Natural products CC(=C)[C@@H]1Cc2c(O)c(O)ccc2[C@H]1CC(=O)c3ccc(O)cc3O BOLDJAUMGUJJKM-LSDHHAIUSA-N 0.000 claims description 12
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 claims description 8
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 claims description 6
- JTCFNJXQEFODHE-UHFFFAOYSA-N [Ca].[Ti] Chemical compound [Ca].[Ti] JTCFNJXQEFODHE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 12
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 6
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 5
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 4
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 4
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 3
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 3
- XDXWNHPWWKGTKO-UHFFFAOYSA-N 207739-72-8 Chemical compound C1=CC(OC)=CC=C1N(C=1C=C2C3(C4=CC(=CC=C4C2=CC=1)N(C=1C=CC(OC)=CC=1)C=1C=CC(OC)=CC=1)C1=CC(=CC=C1C1=CC=C(C=C13)N(C=1C=CC(OC)=CC=1)C=1C=CC(OC)=CC=1)N(C=1C=CC(OC)=CC=1)C=1C=CC(OC)=CC=1)C1=CC=C(OC)C=C1 XDXWNHPWWKGTKO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 150000004820 halides Chemical class 0.000 description 2
- 230000005525 hole transport Effects 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- LLWRXQXPJMPHLR-UHFFFAOYSA-N methylazanium;iodide Chemical compound [I-].[NH3+]C LLWRXQXPJMPHLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 2
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 2
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O Ammonium Chemical compound [NH4+] QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PNKUSGQVOMIXLU-UHFFFAOYSA-N Formamidine Chemical compound NC=N PNKUSGQVOMIXLU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000144 PEDOT:PSS Polymers 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- PDZKZMQQDCHTNF-UHFFFAOYSA-M copper(1+);thiocyanate Chemical compound [Cu+].[S-]C#N PDZKZMQQDCHTNF-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 125000001495 ethyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 description 1
- -1 halogen anion Chemical class 0.000 description 1
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052745 lead Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 229910000480 nickel oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- QGLKJKCYBOYXKC-UHFFFAOYSA-N nonaoxidotritungsten Chemical compound O=[W]1(=O)O[W](=O)(=O)O[W](=O)(=O)O1 QGLKJKCYBOYXKC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000002524 organometallic group Chemical group 0.000 description 1
- GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N oxonickel Chemical compound [Ni]=O GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KYKLWYKWCAYAJY-UHFFFAOYSA-N oxotin;zinc Chemical compound [Zn].[Sn]=O KYKLWYKWCAYAJY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 229920000301 poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl) polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- 238000011002 quantification Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 1
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910001930 tungsten oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
Description
本發明係關於太陽能電池之鈣鈦礦轉換層，更特別關於鈣鈦礦轉換層之漸變組成與其形成方法。
有機金屬鈣鈦礦材料具備優異物理特性，是太陽電池潛力材料之一。有機鉛鹵化物鈣鈦礦是目前效率較高的鈣鈦礦材料。目前製程主要為塗佈法，比如將鈣鈦礦的兩個前驅物一起溶解在有機溶劑(如DMF)之後，旋轉塗佈於電極上。另一方面，可先將鉛的鹵化物(PbX2)溶解在有機溶劑中，旋轉塗佈於電極上後，再將PbX2膜浸泡在碘化甲胺(Methylammonium iodide,MAI)中反應而得Pb(CH3NH3)X2I。然而下一次塗佈製程中的溶劑會溶解前一次塗佈形成的鈣鈦礦膜，即使每次塗佈製程中的組成不同，不同塗佈製程中的溶劑都會溶解不同組成的鈣鈦礦而無法形成組成漸變的鈣鈦礦層。
綜上所述，目前亟需新的方法形成組成漸變的鈣鈦礦層。
本發明一實施例提供之太陽能電池，包含：第一電極；第二電極；第一轉換層，夾設於第一電極與第二電極之間，且第一電極比第二電極靠近入光側，其中第一轉換層係一
組成漸變的鈣鈦礦層，且第一轉換層靠近第一電極處之能隙，小於靠近第二電極處之能隙，其中第一轉換層的組成為M1 mM2 (1-m)A[X1 xX2 (1-x)]3，其中M1與M2各自為Ge、Sn、或Pb之二價陽離子，其中A為甲基銨、乙基銨、或甲脒之一價陽離子，其中X1與X2各自為鹵素之一價陰離子，其中M1之原子序小於M2、X1之原子序大於X2、或上述之組合，1m0，1x0，且越靠近該第一電極處之m與x越大。
本發明一實施例提供之太陽能電池的形成方法，
包括：以第一沉積源提供m莫耳份的M1X1 2、以第二沉積源提供(1-m)莫耳份的M2X2 2、以及以第三沉積源提供定量的AX1 tX2 (1-t)，以沉積第一轉換層於第一電極上，且第一轉換層為組成漸變的鈣鈦礦；以及形成第二電極於第一轉換層上，其中第一轉換層靠近第一電極處之能隙，小於靠近第二電極處之能隙，其中第一轉換層之組成為M1 mM2 (1-m)AX1 2m+tX2 3-2m-t，m隨著沉積時間增加而減少，t隨著沉積時間增加而減少，1m0，且1t0；其中M1與M2各自為Ge、Sn、或Pb之二價陽離子，其中A為甲基銨、乙基銨、或甲脒之一價陽離子，其中X1與X2各自為鹵素之一價陰離子，其中M1之原子序小於M2、X1之原子序大於X2、或上述之組合。
本發明一實施例提供之太陽能電池的形成方法，
包括：以第一沉積源提供m莫耳份的M1X1 2，以及以第二沉積源提供(1-m)莫耳份的M2X2 2，以沉積M1 mM2 (1-m)X1 2mX2 (2-2m)層於第一電極上；以第三沉積源提供AX1或AX2，以與M1 mM2 (1-m)X1 2mX2 (2-2m)層反應形成M1 mM2 (1-m)AX1 (2m+1)X2 (2-2m)
或M1 mM2 (1-m)AX1 (2m)X2 (3-2m)之第一轉換層於該第一電極上，且第一轉換層為組成漸變的鈣鈦礦；以及形成第二電極於第一轉換層上，其中第一轉換層靠近第一電極處之能隙，小於靠近第二電極處之能隙，其中m隨著沉積時間增加而減少，且1m0，其中M1與M2各自為Ge、Sn、或Pb之二價陽離子，其中A為甲基銨、乙基銨、或甲脒之一價陽離子，其中X1與X2各自為鹵素之一價陰離子，其中M1之原子序小於M2、X1之原子序大於X2、或上述之組合。
11、13、15、61、63、65‧‧‧沉積源
17、18‧‧‧轉換層
19、31‧‧‧電極
第1圖係本發明一實施例中，沉積形成轉換層之示意圖。
第2A與2B圖係本發明實施例中，沉積腔室中M1X1 2、M2X2 2、與AX1 tX2 (1-t)之濃度-沉積時間的對應圖。
第3圖係本發明一實施例中，太陽能電池的示意圖。
第4A、4B、4C、4D、與4E圖係本發明實施例中，轉換層之能隙對應厚度圖。
第5圖係本發明一實施例中，太陽能電池的示意圖。
第6圖係本發明一實施例中，沉積形成轉換層之示意圖。
第7A與7B圖係本發明實施例中，轉換層之能隙對應厚度圖。
第8A、8B、與8C圖係本發明實施例中，轉換層之能隙對應厚度圖。
本發明一實施例提供太陽能電池的形成方法。如
第1圖所示，以沉積源11提供m莫耳份的M1X1 2、以沉積源13提供(1-m)莫耳份的M2X2 2、以及以沉積源15提供定量的AX1 tX2 (1-t)，以沉積組成漸變的轉換層17於電極19上。第2A與2B圖係本發明實施例中，沉積腔室中M1X1 2、M2X2 2、與AX1 tX2 (1-t)於不同沉積時間之濃度圖。值得注意的是，雖然第2A與2B圖在一開始只有1莫耳份之M1X1 2與AX1以反應形成M1AX1 3，但亦可一開始即提供M1X1 2、M2X2 2、與AX1 tX2 (1-t)以形成M1 mM2 (1-m)AX1 2m+tX2 3-2m-t，比如由第2A與2B圖之時點T開始沉積。隨著沉積時間增加，m與t均減少，1m0，且1t0。M1 mM2 (1-m)AX1 2m+tX2 3-2m-t亦可表示為M1 mM2 (1-m)A[X1 xX2 (1-x)]3，即x=(2m+t)/3，且越靠近電極19之m與x越大。上述轉換層17即組成漸變的鈣鈦礦層，M1與M2各自為Ge、Sn、或Pb之二價陽離子，A為甲基銨、乙基銨、或甲脒之一價陽離子，X1與X2各自為鹵素之一價陰離子，其中M1之原子序小於M2、X1之原子序大於X2、或上述之組合。
接著可形成電極31於轉換層17上，如第3圖所示。在本發明一實施例中，電極19為入光側的電極，其材質需為透明導電物，比如氟參雜氧化錫(FTO)、銦錫氧化物(ITO)、鋅錫氧化物(ZTO)、或類似組成。電極31之材質可為一般導電物，比如碳材如活性碳、石墨烯；金屬如金、銀、銅、鋁、其他導電金屬、或上述之合金。在本發明一實施例中，可在電極19與轉換層17之間夾設金屬氧化物半導體材料如二氧化鈦、氧化鋅、氧化鎳、或氧化鎢，以做為電子傳輸層。在本發明另一實施例中，可在電極31與轉換層17之間夾設電洞傳輸材料如
Spiro-OMeTAD、P3HT、CuSCN、CuI、或PEDOT：PSS，以做為電洞傳遞層。
上述第2A圖所形成之組成漸變的轉換層17其能隙
圖如第4A圖所示，而第2B圖所形成之組成漸變的轉換層17其能隙圖如第4B圖所示。可以理解的是，只要是轉換層17靠近電極19之能隙小於靠近電極31之能隙，均可採用上述製程形成組成漸變之轉換層。除此之外，轉換層17之能隙亦可有其他設計，比如第4C圖、4D、或4E圖所示。
在本發明一實施例中，第1圖中的沉積源11提供之
M1X1 2為SnI2，沉積源13提供之M2X2 2為PbI2，且沉積源15提供之AX1 tX2 (1-t)為(CH3NH3)I。如此一來，轉換層17靠近電極19之組成可為Sn(CH3NH3)I3(能隙為1.1eV)，靠近電極31之組成可為Pb(CH3NH3)I3(能隙為1.5eV)，且位於電極19與電極31之間的組成可為SnmPb(1-m)(CH3NH3)I3。
在本發明一實施例中，第1圖中的沉積源11提供之
M1X1 2為PbI2，沉積源13提供之M2X2 2為PbBr2，且沉積源15提供之AX1 tX2 (1-t)為(CH3NH3)ItBr(1-t)。如此一來，轉換層17靠近電極19之組成可為Pb(CH3NH3)I3(能隙為1.5eV)，靠近電極31之組成可為Pb(CH3NH3)Br3(能隙為2.3eV)，而位於第一電極與第二電極之間的組成可為Pb(CH3NH3)[IxBr(1-x)]3。
上述沉積源11、13、與15可為濺鍍源或蒸鍍源。
當採用濺鍍源時，調整撞擊靶材之能量即可調整M1X1 2與M2X2 2之比例。當採用蒸鍍源時，調整蒸鍍源之溫度即可調整M1X1 2與M2X2 2之比例。另一方面，調整與A反應之鹵素氣體流量，即
可調整AX1 tX2 (1-t)中X1與X2之比例。
在本發明另一實施例中，可在沉積轉換層17於電
極19前，先沉積轉換層18於電極19上。如第5圖所示，轉換層18位於電極19與轉換層17之間。轉換層18靠近電極19之能隙高於靠近轉換層17之能隙，轉換層18靠近轉換層17之能隙與轉換層17靠近轉換層18之能隙相同，且轉換層18靠近電極19之能隙低於轉換層17靠近電極31之能隙。
在本發明一實施例中，沉積轉換層18之步驟包括
以沉積源61提供m’莫耳份的M3X3 2、以沉積源63提供(1-m’)莫耳份的M4X4 2、以及以沉積源65提供定量的AX3 t’X4 (1-t’)，以沉積轉換層18於電極19上，如第6圖所示。轉換層18之組成為M3 m’M4 (1-m’)AX3 (2m’+t’)X4 (3-2m-t’)，m’隨著沉積時間增加而減少，t’隨著沉積時間增加而減少，1m’0，且1t’0。
M3 m’M4 (1-m’)AX3 2m’+tX4 3-2m’-t’亦可表示為M3 m’M4 (1-m’)A[X3 x’X4 (1-x’)]3，即x’=(2m’+t’)/3，且越靠近電極19之m’與x’越大。M3與M4各自為Ge、Sn、或Pb之二價陽離子，A為甲基銨、乙基銨、或甲脒之一價陽離子，X3與X4各自為鹵素之一價陰離子。M3之原子序大於M4、X3之原子序小於X4、或上述之組合。
上述沉積源61、63、與65可為濺鍍源或蒸鍍源。
當採用濺鍍源時，調整撞擊靶材之能量即可調整M3X3 2與M4X4 2之比例。當採用蒸鍍源時，調整蒸鍍源之溫度即可調整M3X3 2與M4X4 2之比例。另一方面，調整與A反應之鹵素氣體流量，即可調整AX3 tX4 (1-t)中X3與X4之比例。
在本發明一實施例中，轉換層18可由靠近電極19
之Pb(CH3NH3)[IxBr(1-x)]3(0<x<1)漸變為Pb(CH3NH3)I3，而轉換層17可由轉換層18與17交界處的Pb(CH3NH3)I3再漸變為Pb(CH3NH3)Br3。在本發明另一實施例中，轉換層18可由靠近電極19之SnmPb(1-m)(CH3NH3)I3(0<m<1)漸變為Sn(CH3NH3)I3，而轉換層17可由轉換層18與17交界處的Sn(CH3NH3)I3再漸變為Pb(CH3NH3)I3。
舉例來說，轉換層18與17之能隙圖可如第7A或7B
圖所示。值得注意的是，轉換層18與17之形狀可搭配第4B-4E圖所示之其他變化調整。
在本發明另一實施例中，以沉積源11提供m莫耳份
的M1X1 2，以及以沉積源13提供(1-m)莫耳份的M2X2 2，以沉積M1 mM2 (1-m)X1 2mX2 (2-2m)層於電極19上。接著以沉積源15提供AX1或AX2，以與M1 mM2 (1-m)X1 2mX2 (2-2m)層反應形成M1 mM2 (1-m)AX1 (2m+1)X2 (2-2m)或M1 mM2 (1-m)AX1 (2m)X2 (3-2m)之組成漸變的轉換層17於電極19上。接著形成電極31於轉換層17上，如第3圖所示。M1 mM2 (1-m)AX1 (2m+1)X2 (2-2m)亦可表示為M1 mM2 (1-m)A[X1 xX2 (1-x)]3，即x=(2m+1)/3，且越靠近電極19之m與x越大。M1 mM2 (1-m)AX1 (2m)X2 (3-2m)亦可表示為M1 mM2 (1-m)A[X1 xX2 (1-x)]3，即x=2m/3，且越靠近電極19之m與x越大。
轉換層17靠近電極19之能隙，小於靠近電極31之
能隙。在上述沉積步驟中，m隨著沉積時間增加而減少，且1m0。M1與M2各自為Ge、Sn、或Pb之二價陽離子。A為甲基
銨、乙基銨、或甲脒之一價陽離子。X1與X2各自為鹵素之一價陰離子。在轉換層17之組成中，M1之原子序小於M2、X1之原子序大於X2、或上述之組合。
此實施例與前述實施例之主要差別在於先形成
M1 mM2 (1-m)X1 2mX2 (2-2m)層再提供AX1或AX2，而非同時提供M1X1、M2X2、與AX1(或AX2)直接形成轉換層。由於此實施例之轉換層17的實際組成與能隙圖與前述實施例類似，在此不贅述。
與前述實施例類似，此實施例在沉積轉換層17
前，亦可進一步沉積組成漸變的轉換層18於電極19上。換言之，轉換層18位於轉換層17與電極19之間。轉換層18靠近電極19處之能隙高於靠近轉換層17之能隙，轉換層18靠近轉換層17之能隙與轉換層17靠近轉換層18之能隙相同，且轉換層18靠近電極19之能隙低於轉換層17靠近電極31之能隙。舉例來說，此實施例之轉換層18與17之能隙可參考第7A-7B圖。
在本發明一實施例中，上述沉積轉換層18之步驟
可為以沉積源61提供m’莫耳份的M3X3 2，以及以沉積源63提供(1-m’)莫耳份的M4X4 2，以沉積M3 m’M4 (1-m’)X3 2m’X4 (2-2m’)層於電極19上。接著以沉積源65提供AX3或AX4，以與M3 mM4 (1-m’)X3 2m’X4 (2-2m’)層反應形成M3 m’M4 (1-m’)AX3 (2m’+1)X4 (2-2m’)或M3 m’M4 (1-m’)AX3 (2m’)X4 (3-2m’)之組成漸變的轉換層18於電極19上。
M3 m’M4 (1-m’)AX3 (2m’+1)X4 (2-2m’)亦可表示為M3 m’M4 (1-m’)A[X3 x’X4 (1-x’)]3，即x’=(2m’+1)/3，且越靠近電極19
之m’與x’越大。M3 m’M4 (1-m’)AX3 (2m’)X4 (3-2m’)亦可表示為M3 m’M4 (1-m’)A[X3 x’X4 (1-x’)]3，即x’=2m’/3，且越靠近電極19之m’與x’越大。m’隨著沉積時間增加而減少，且1m’0，M3與M4各自為Ge、Sn、或Pb之二價陽離子，A為甲基銨、乙基銨、或甲脒之一價陽離子，X3與X4各自為鹵素之一價陰離子，在轉變層18中，M3之原子序大於M4、X3之原子序小於X4、或上述之組合。
與習知技術相較，本申請案形成鈣鈦礦之轉換層
的製程均未採用溶劑，可有效避免不同層中不同組成之鈣鈦礦被溶劑溶解混合的問題。換言之，本申請案提供的方法可控制鈣鈦礦之轉換層中不同厚度的組成，進而調整轉換層之能隙與提升太陽能電池之轉換效率。
為了讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉數實施例配合所附圖示，作詳細說明如下：
請參考第3圖，電極19為90nm之TiO2層，電極31為金的薄膜，轉換層17為400nm厚之Pb(CH3NH3)I3，以及位於轉換層17與電極31之間的400nm厚之電洞傳輸層(未圖示)如Spiro-OMeTAD。經AMPS-1D(Analysis of Microelectronic and Photonic Structures-1D)進行模擬計算，此電池之開路電壓為1.272V，短路電流為21.683mA/cm2，填充因子為0.826，且轉換效率為22.722%。
請參考第3圖，電極19為90nm之TiO2層，電極31為金的薄膜，而轉換層17為400nm厚之Pb(CH3NH3)I3。經AMPS-1D進行模擬計算，此電池之開路電壓為0.838V，短路電流為17.945mA/cm2，填充因子為0.804，且轉換效率為12.095%。
請參考第3圖，電極19為90nm之TiO2層，電極31為金的薄膜，靠近電極19之轉換層17的組成(Pb(CH3NH3)I3)其厚度延續約300nm，而組成漸變之Pb(CH3NH3)[IxBr(1-x)]3之厚度延續100nm，直到Pb(CH3NH3)Br3。上述轉換層17之能隙圖如第8A圖所示。經AMPS-1D進行模擬計算，此電池之開路電壓為1.284V，短路電流為21.136mA/cm2，填充因子為0.840，且轉換效率為22.807%。
請參考第3圖，電極19為90nm之TiO2層，電極31為金的薄膜，且轉換層17由電極19至電極31依序分成三區，分別為(1)組成漸變之Pb(CH3NH3)[IxBr(1-x)]3，其厚度延續約50nm直到Pb(CH3NH3)I3，且其能隙自1.5eV、1.6eV、1.8eV、2.0eV、與2.3eV逐漸轉變至1.5eV；(2)Pb(CH3NH3)I3，其厚度為約300nm，且其能隙為1.5eV；以及(3)組成漸變之Pb(CH3NH3)[IxBr(1-x)]3，其厚度延續50nm直到Pb(CH3NH3)Br3，且其能隙逐漸增加至2.3eV。上述轉換層17之能隙圖如第8B圖所示。經AMPS-1D進行模擬計算，此電池之開路電壓、短路電流、填充因子為、及轉換效率如第1表所示。
請參考第3圖，電極19為90nm之TiO2層，電極31為金的薄膜，轉換層17由電極19至電極31依序分成三區，分別為(1)組成漸變之Pb(CH3NH3)[IxBr(1-x)]3，其厚度延續約50nm、100nm、200nm、300nm、或350nm直到Pb(CH3NH3)I3，且其能隙自1.6eV逐漸轉變至1.5eV；(2)Pb(CH3NH3)I3，其厚度為約300nm、250nm、150nm、50nm、或0nm，且其能隙為1.5eV；以及(3)組成漸變之Pb(CH3NH3)[IxBr(1-x)]3，其厚度延續50nm直到Pb(CH3NH3)Br3，且其能隙逐漸增加至2.3eV。上述轉換層17之能隙圖如第8C圖所示。經理論計算，此電池之開路電壓、短路電流、填充因子為、及轉換效率如第2表所示。
雖然本發明已以數個實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何本技術領域中具有通常知識者，在不脫
離本發明之精神和範圍內，當可作任意之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
Claims (11)
- 一種太陽能電池，包含：一第一電極；一第二電極；一第一轉換層，夾設於該第一電極與該第二電極之間，且該第一電極比該第二電極靠近入光側，其中該第一轉換層係一組成漸變的鈣鈦礦層，且該第一轉換層靠近該第一電極處之能隙，小於靠近該第二電極處之能隙，其中該第一轉換層的組成為M1 mM2 (1-m)A[X1 xX2 (1-x)]3，其中M1與M2各自為Ge、Sn、或Pb之二價陽離子，其中A為甲基銨、乙基銨、或甲脒之一價陽離子，其中X1與X2各自為鹵素之一價陰離子，其中M1之原子序小於M2、X1之原子序大於X2、或上述之組合，1m0，1x0，且越靠近該第一電極處之m與x越大。
- 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，更包括一第二轉換層位於該第一轉換層與該第一電極之間，其中該第二轉換層為組成漸變的鈣鈦礦層，該第二轉換層靠近該第一電極處之能隙高於靠近該第一轉換層處之能隙，該第二轉換層靠近該第一轉換層之能隙與該第一轉換層靠近該第二轉換層之能隙相同，且該第二轉換層靠近該第一電極處之能隙低於該第一轉換層靠近該第二電極處之能隙。
- 如申請專利範圍第2項所述之太陽能電池，其中該第二轉換層的組成為M3 m’M4 (1-m’)A[X3 x’X4 (1-x’)]3， 其中M3與M4各自為Ge、Sn、或Pb之二價陽離子，其中A為甲基銨、乙基銨、或甲脒之一價陽離子，其中X3與X4各自為鹵素之一價陰離子，其中M3之原子序大於M4、X3之原子序小於X4、或上述之組合，1m’0，1x’0，且越靠近該第一電極處之m’與x’越大。
- 一種太陽能電池的形成方法，包括：以一第一沉積源提供m莫耳份的M1X1 2、以一第二沉積源提供(1-m)莫耳份的M2X2 2、以及以一第三沉積源提供定量的AX1 tX2 (1-t)，以沉積一第一轉換層於一第一電極上，且該第一轉換層為組成漸變的鈣鈦礦；以及形成一第二電極於該第一轉換層上，其中該第一轉換層靠近該第一電極處之能隙，小於靠近該第二電極處之能隙，其中該第一轉換層之組成為M1 mM2 (1-m)AX1 2m+tX2 3-2m-t，m隨著沉積時間增加而減少，t隨著沉積時間增加而減少，1m0，且1t0；其中M1與M2各自為Ge、Sn、或Pb之二價陽離子，其中A為甲基銨、乙基銨、或甲脒之一價陽離子，其中X1與X2各自為鹵素之一價陰離子，其中M1之原子序小於M2、X1之原子序大於X2、或上述之組合。
- 如申請專利範圍第4項所述之太陽能電池的形成方法，其中該第一、第二、與第三沉積源包括濺鍍源或蒸鍍源。
- 如申請專利範圍第4項所述之太陽能電池的形成方法，更包括沉積一第二轉換層於該第一轉換層與該第一電極之間，且該第二轉換層為組成漸變的鈣鈦礦，其中該第二轉換層靠近該第一電極處之能隙高於靠近該第一轉換層處之能隙，該第二轉換層靠近該第一轉換層之能隙與該第一轉換層靠近該第二轉換層之能隙相同，且該第二轉換層靠近該第一電極處之能隙低於該第一轉換層靠近該第二電極處之能隙，其中沉積該第二轉換層之步驟包括：以一第四沉積源提供m’莫耳份的M3X3 2、一第五沉積源提供(1-m’)莫耳份的M4X4 2、以及一第六沉積源提供定量的AX3 t’X4 (1-t’)，以沉積該第二轉換層於該第一電極上，其中該第二轉換層之組成為M3 m’M4 (1-m’)AX3 (2m’+t’)X4 (3-2m-t’)，m’隨著沉積時間增加而減少，t’隨著沉積時間增加而減少，1m’0，且1t’0，其中M3與M4各自為Ge、Sn、或Pb之二價陽離子，其中A為甲基銨、乙基銨、或甲脒之一價陽離子，其中X3與X4各自為鹵素之一價陰離子，其中M3之原子序大於M4、X3之原子序小於X4、或上述之組合。
- 如申請專利範圍第6項所述之太陽能電池的形成方法，其中該第四、第五、與第六沉積源包括濺鍍源或蒸鍍源。
- 一種太陽能電池的形成方法，包括：以一第一沉積源提供m莫耳份的M1X1 2，以及以一第二沉積源提供(1-m)莫耳份的M2X2 2，以沉積M1 mM2 (1-m)X1 2mX2 (2-2m)層 於一第一電極上；以一第三沉積源提供AX1或AX2，以與M1 mM2 (1-m)X1 2mX2 (2-2m)層反應形成M1 mM2 (1-m)AX1 (2m+1)X2 (2-2m)或M1 mM2 (1-m)AX1 (2m)X2 (3-2m)之第一轉換層於該第一電極上，且該第一轉換層為組成漸變的鈣鈦礦；以及形成一第二電極於該第一轉換層上，其中該第一轉換層靠近該第一電極處之能隙，小於靠近該第二電極處之能隙，其中m隨著沉積時間增加而減少，且1m0，其中M1與M2各自為Ge、Sn、或Pb之二價陽離子，其中A為甲基銨、乙基銨、或甲脒之一價陽離子，其中X1與X2各自為鹵素之一價陰離子，其中M1之原子序小於M2、X1之原子序大於X2、或上述之組合。
- 如申請專利範圍第8項所述之太陽能電池的形成方法，其中該第一、第二、與第三沉積源包括濺鍍源或蒸鍍源。
- 如申請專利範圍第8項所述之太陽能電池的形成方法，更包括沉積一第二轉換層於該第一轉換層與該第一電極之間，且該第二轉換層為組成漸變的鈣鈦礦，其中該第二轉換層靠近該第一電極處之能隙高於靠近該第一轉換層處之能隙，該第二轉換層靠近該第一轉換層之能隙與該第一轉換層靠近該第二轉換層之能隙相同，且該第二轉換層靠近該第一電極處之能隙低於該第一轉換層靠近該第二電極處之能隙，其中沉積該第二轉換層之步驟包括： 以一第四沉積源提供m’莫耳份的M3X3 2，以及以一第五沉積源提供(1-m’)莫耳份的M4X4 2，以沉積M3 m’M4 (1-m’)X3 2m’X4 (2-2m’)層於該第一電極上；以及以一第六沉積源提供AX3或AX4，以與M3 m’M4 (1-m’)X3 2m’X4 (2-2m’)層反應形成M3 m’M4 (1-m’)AX3 (2m’+1)X4 (2-2m’)或M3 m’M4 (1-m’)AX3 (2m’)X4 (3-2m’)之組成漸變的第二轉換層於該第一電極上，其中m’隨著沉積時間增加而減少，且1m’0，其中M3與M4各自為Ge、Sn、或Pb之二價陽離子，其中A為甲基銨、乙基銨、或甲脒之一價陽離子，其中X3與X4各自為鹵素之一價陰離子，其中M3之原子序大於M4、X3之原子序小於X4、或上述之組合。
- 如申請專利範圍第10項所述之太陽能電池的形成方法，其中該第四、第五、與第六沉積源包括濺鍍源或蒸鍍源。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410834321.1A CN105280817B (zh) | 2014-07-16 | 2014-12-29 | 太阳能电池与其形成方法 |
| US14/584,908 US9349967B2 (en) | 2014-07-16 | 2014-12-29 | Solar cell and method for manufacturing the same |
| US15/137,905 US9768395B2 (en) | 2014-07-16 | 2016-04-25 | Solar cell and method for manufacturing the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US201462025180P | 2014-07-16 | 2014-07-16 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TW201604297A TW201604297A (zh) | 2016-02-01 |
| TWI547582B true TWI547582B (zh) | 2016-09-01 |
Family
ID=55809529
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| TW103143429A TWI547582B (zh) | 2014-07-16 | 2014-12-12 | 太陽能電池與其形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| TW (1) | TWI547582B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115360261B (zh) * | 2022-07-18 | 2024-09-10 | 华中科技大学 | 一种制备V字型Br梯度CsPbI3-xBrx吸光层的方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103779101A (zh) * | 2014-01-07 | 2014-05-07 | 浙江大学 | 一种杂化固体太阳能电池及其制备方法 |
-
2014
- 2014-12-12 TW TW103143429A patent/TWI547582B/zh active
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103779101A (zh) * | 2014-01-07 | 2014-05-07 | 浙江大学 | 一种杂化固体太阳能电池及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| TW201604297A (zh) | 2016-02-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105280817B (zh) | 太阳能电池与其形成方法 | |
| Rahmany et al. | Semitransparent perovskite solar cells | |
| Sutanto et al. | 2D/3D perovskite engineering eliminates interfacial recombination losses in hybrid perovskite solar cells | |
| Aydin et al. | Defect and contact passivation for perovskite solar cells | |
| Seo et al. | Amorphous TiO2 coatings stabilize perovskite solar cells | |
| CN104704617B (zh) | 制造添加有钾的薄膜光电装置 | |
| US9564593B2 (en) | Solar cells comprising 2d-perovskites | |
| Zheng et al. | Solid-state nanocrystalline solar cells with an antimony sulfide absorber deposited by an in situ solid–gas reaction | |
| Seok et al. | Zno: Ga-graded ITO electrodes to control interface between PCBM and ITO in planar perovskite solar cells | |
| JP7429881B2 (ja) | 太陽電池 | |
| US20160226009A1 (en) | Thin film solar cell, semiconductor thin film and coating liquid for forming semiconductor | |
| JP2016541124A (ja) | 薄膜太陽電池用層系 | |
| KR20200048037A (ko) | 페로브스카이트 태양전지 및 그 제조방법 | |
| Park et al. | Efficient hysteresis-less bilayer type CH3NH3PbI3 perovskite hybrid solar cells | |
| US20150357502A1 (en) | Group iib-via compound solar cells with minimum lattice mismatch and reduced tellurium content | |
| JP7357247B2 (ja) | 太陽電池 | |
| Guo et al. | Recent progresses on transparent electrodes and active layers toward neutral, color semitransparent perovskite solar cells | |
| TWI547582B (zh) | 太陽能電池與其形成方法 | |
| Luo et al. | Epitaxial electrodeposition of hole transport CuSCN nanorods on Au (111) at the wafer scale and lift-off to produce flexible and transparent foils | |
| WO2018166094A1 (zh) | 一种柔性显示器件及其制备方法 | |
| US20170092697A1 (en) | Oxide Electron Selective Layers | |
| JP2017054912A (ja) | 光電変換素子 | |
| Bhande et al. | Low-temperature solution-processed Zn-doped SnO 2 photoanodes: enhancements in charge collection efficiency and mobility | |
| CN103765604A (zh) | Cigs膜的制法和使用其的cigs太阳能电池的制法 | |
| JP2024023624A (ja) | 光電変換素子 |