太阳能电池与其形成方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及太阳能电池的钙钛矿转换层，更特别地涉及钙钛矿转换层的渐变组成 与其形成方法。
【背景技术】
[0002] 有机金属钙钛矿材料具备优异物理特性，是太阳能电池潜力材料之一。有机铅卤 化物钙钛矿是目前效率较高的钙钛矿材料。目前工艺主要为涂布法，比如将钙钛矿的两个 前驱物一起溶解在有机溶剂（如DMF)中之后，旋转涂布在电极上。另一方面，可先将铅 的卤化物（PbX2)溶解在有机溶剂中，旋转涂布在电极上后，再将PbXj莫浸泡在碘化甲胺 (Methylammoniumiodide，MAI)中反应而得Pb(CH3NH3)X2I。然而下一次涂布工艺中的溶剂 会溶解前一次涂布形成的钙钛矿膜，即使每次涂布工艺中的组成不同，不同涂布工艺中的 溶剂都会溶解不同组成的钙钛矿而无法形成组成渐变的钙钛矿层。
[0003] 综上所述，目前亟需新的方法形成组成渐变的钙钛矿层。
【发明内容】
[0004] 本发明的一个实施例提供的太阳能电池，包含：第一电极；第二电极；第一转换 层，夹设在第一电极与第二电极之间，且第一电极比第二电极靠近入光侧，其中第一转换层 是一个组成渐变的钙钛矿层，且第一转换层靠近第一电极处的能隙，小于靠近第二电极处 的能隙，其中第一转换层的组成为Μ1，、x)]3，其中吣与M2各自为Ge、Sn或Pb的 二价阳离子，其中A为甲基铵、乙基铵或甲脒的一价阳离子，其中X1与X2各自为卤素的一价 阴离子，其中M1的原子序小于M'X1的原子序大于X2、或上述的组合，1彡m彡0,1彡X彡0， 且越靠近该第一电极处的m与X越大。
[0005] 本发明的一个实施例提供的太阳能电池的形成方法，包括：以第一沉积源提供m 摩尔份的Μ?2、以第二沉积源提供（1-m)摩尔份的M2X22、以及以第三沉积源提供定量的 AX^X2^t)，以沉积第一转换层在第一电极上，且第一转换层为组成渐变的钙钛矿；以及形成 第二电极在第一转换层上，其中第一转换层靠近第一电极处的能隙，小于靠近第二电极处 的能隙，其中第一转换层的组成为2nit，m随着沉积时间增加而减少，t随着 沉积时间增加而减少，1彡m彡0,且1彡t彡0 ;其中M1与M2各自为Ge、Sn或Pb的二价阳 离子，其中A为甲基铵、乙基铵或甲脒的一价阳离子，其中X1与X2各自为卤素的一价阴离 子，其中M1的原子序小于Μ2、X1的原子序大于X2、或上述的组合。
[0006] 本发明的一个实施例提供的太阳能电池的形成方法，包括：以第一沉积源提供m 摩尔份的M￥2，以及以第二沉积源提供（1-m)摩尔份的M2X22，以沉积2n)层 在第一电极上；以第三沉积源提供ΑΧ1或ΑΧ2,以与Μ1，、2ηι)层反应形成Mw AX1 一:^心；)或『，"^、心加的第一转换层在该第一电极上"且第一转换层为组成 渐变的钙钛矿；以及形成第二电极在第一转换层上，其中第一转换层靠近第一电极处的能 隙，小于靠近第二电极处的能隙，其中m随着沉积时间增加而减少，且1多m多0,其中Μ1与 Μ2各自为Ge、Sn或Pb的二价阳离子，其中A为甲基铵、乙基铵或甲脒的一价阳离子，其中X1 与X2各自为卤素的一价阴离子，其中Μ1的原子序小于M'X1的原子序大于X2、或上述的组 合。
【附图说明】
[0007]图1是在本发明的一个实施例中，沉积形成转换层的示意图；
[0008] 图2A、2B分别是在本发明的实施例中，沉积腔室中M￥2、11122与AX1tX2(1 t)的浓 度-沉积时间的对应图；
[0009] 图3是在本发明的一个实施例中，太阳能电池的示意图；
[0010] 图4A、4B、4C、4D与4E分别是在本发明的实施例中，转换层的能隙对应厚度图；
[0011] 图5是在本发明的一个实施例中，太阳能电池的示意图；
[0012] 图6是在本发明的一个实施例中，沉积形成转换层的示意图；
[0013] 图7A、7B分别是在本发明的实施例中，转换层的能隙对应厚度图；
[0014] 图8A、8B与8C分别是在本发明的实施例中，转换层的能隙对应厚度图。
[0015] 附图标记说明：
[0016] 11、13、15、61、63、65 沉积源；
[0017] 17、18 转换层；
[0018] 19、31 电极。
【具体实施方式】
[0019] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照 附图，对本发明作进一步的详细说明。
[0020] 本发明的一个实施例提供太阳能电池的形成方法。如图1所示，以沉积源11提 供m摩尔份的M￥2、以沉积源13提供（Ι-m)摩尔份的M2X22、以及以沉积源15提供定量的AX\X2(1t)，以沉积组成渐变的转换层17在电极19上。图2A与2B是在本发明的实施例中， 沉积腔室中11121122与ΑΧt)在不同沉积时间的浓度图。值得注意的是，虽然图2A与 2B在一开始只有1摩尔份的11￥2与AX1以反应形成Μ ，但亦可一开始即提供M￥2、M2X22 与AX\X2(1t)以形成Μ2nit，比如由图2A与2B的时点T开始沉积。随着沉积时 间增加，m与t均减少，1彡m彡0,且1彡t彡0。2nit亦可表示为M ，即x= (2m+t)/3,且越靠近电极19的m与x越大。上述转换层17即组成渐 变的钙钛矿层，M1与M2各自为Ge、Sn或Pb的二价阳离子，A为甲基铵、乙基铵或甲脒的一 价阳离子，X1与X2各自为卤素的一价阴离子，其中Μ1的原子序小于M'X1的原子序大于X2、 或上述的组合。
[0021] 接着可形成电极31在转换层17上，如图3所示。在本发明的一个实施例中，电极 19为入光侧的电极，其材质需为透明导电物，比如氟掺杂氧化锡（FT0)、铟锡氧化物（ΙΤ0)、 锌锡氧化物（ΖΤ0)或类似组成。电极31的材质可为一般导电物，比如含碳材料，如活性碳、 石墨烯；金属，如金、银、铜、铝其他导电金属，或上述的合金。在本发明的一个实施例中，可 在电极19与转换层17之间夹设金属氧化物半导体材料如二氧化钛、氧化锌、氧化镍或氧化 钨，以作为电子传输层。在本发明的另一个实施例中，可在电极31与转换层17之间夹设空 穴传输材料如Spiro-OMeTAD、P3HT、CuSCN、Cul或PEDOT:PSS，以作为空穴传递层。
[0022] 上述图2A所形成的组成渐变的转换层17其能隙图如图4A所示，而图2B所形成 的组成渐变的转换层17其能隙图如图4B所示。可以理解的是，只要是转换层17靠近电极 19的能隙小于靠近电极31的能隙，均可采用上述工艺形成组成渐变的转换层。除此之外， 转换层17的能隙亦可有其他设计，比如图4C、4D或4E所示。
[0023] 在本发明的一个实施例中，图1中的沉积源11提供之以乂^为SnI2，沉积源13提 供的*22为Pbl2，且沉积源15提供的AX\X2Ut)为（CH3NH3)I。如此一来，转换层17靠近电 极19的组成可为Sn(CH3NH3) 13 (能隙为1.leV)，靠近电极31的组成可为Pb(CH3NH3) 13 (能 隙为1. 5eV)，且位于电极19与电极31之间的组成可为SnniPbud(CH3NH3) 13。
[0024] 在本发明的一个实施例中，图1中的沉积源11提供的Pbl2，沉积源13提 供的M2X2^PbBr2，且沉积源15提供的AX\X2(1 (CH3NH3)ItBr(1t)。如此一来，转换层17 靠近电极19的组成可为Pb(CH3NH3) 13 (能隙为1. 5eV)，靠近电极31的组成可为Pb(CH3NH3)Br3(能隙为2. 3eV)，而位于第一电极与第二电极之间的组成可为Pb(CH3NH3) [IxBr(1 x)]3。
[0025] 上述沉积源11、13与15可为溅镀源或蒸镀源。当采用溅镀源时，调整撞击靶材的 能量即可调整以戏与^仏的比例。当采用蒸镀源时，调整蒸镀源的温度即可调整Μ￥2与 Μ2Χ22的比例。另一方面，调整与Α反应的卤素气体流量，即可调整AX\X2Ut)中X1与X2的比 例。