绒面均匀空穴或电子传输膜的液膜高温高浓速涂原位速干制备方法技术

本发明专利技术公开一种绒面均匀空穴或电子传输膜的液膜高温高浓速涂原位速干制备方法，包括：第一步，在高温下配置高浓度的空穴或电子传输溶液；第二步，空穴或电子传输层液膜的均匀涂覆及快速自挥发；第三步，空穴传输层薄膜的热处理：将空穴或电子传输层薄膜在70～90℃进行5‑20min的退火处理，获得均匀仿金字塔形空穴或电子传输层薄膜。本发明专利技术在不对硅金字塔绒面进行抛光磨平处理的条件下，利用高温及溶剂自身极易挥发特性的综合作用下溶剂快速挥发的特点，可以实现在μm尺度起伏的金字塔绒面基底上全覆盖均匀仿形空穴传输层及电子传输层薄膜的制备，保持了硅太阳能电池高效率的优势，能够实现光电转换效率大于35％的硅‑钙钛矿两端叠层太阳能电池技术。

【技术实现步骤摘要】
绒面均匀空穴或电子传输膜的液膜高温高浓速涂原位速干制备方法
本专利技术属于硅-钙钛矿叠层太阳能电池制备
，具体涉及一种绒面均匀空穴或电子传输膜的制备方法。
技术介绍
随着社会发展的进程，环境污染与能源短缺成为人类必须要面对并解决的问题。化石燃料属于不可再生资源，储量有限，在使用过程中也会造成一定的环境污染。太阳能清洁无污染，是传统化石燃料合适的替代品，在能源领域具有广阔的前景。有机无机杂化钙钛矿太阳能电池因其具有超高的光电转化效率、简单低廉的制备工艺和设备、可溶液法低温制备等优点，近年来受到了全世界学术界及产业界的广泛关注。截止2018年11月，得到认证的单结钙钛矿太阳能电池的最高效率已经达到23.4％。更高的光电转换效率始终是光伏电池技术发展的核心目标之一。然而单结钙钛矿太阳能电池的光电转换效率无法超过肖克利-奎伊瑟极限理论效率。多结太阳能电池，即叠层电池由具有不同带隙的太阳能子电池组成，是一种成熟有效的突破肖克利-奎伊瑟极限理论效率的方式，已经广泛应用于传统的硅、砷化镓太阳能电池。硅太阳能电池是目前占据市场份额最大的主流光伏技术。单晶硅的带隙大约为1.1eV，是理想的窄带隙子电池。有机无机杂化钙钛矿材料及全无机钙钛矿材料具有带隙连续可调(1.25～2.0eV)的特点。基于上述特点，硅-钙钛矿叠层光伏电池技术成为了实现超高效、低成本光伏发电技术的重大课题之一。高效率商业化硅太阳能电池通常采用金字塔绒面陷光结构。硅金字塔绒面起伏高度通常在1～20μm，它能够有效增加光俘获能力，从而提高电池的短路电流密度。然而，在这种复杂的表面纹理结构难以沉积厚度均匀的空穴传输层及电子传输层薄膜。以溶液法沉积厚度小于1μm的薄膜时，溶液在“金字塔”之间的谷中积聚，使得金字塔的塔尖上没有覆盖液体，这将导致最终的薄膜无法完全覆盖金字塔的顶角及棱。这种现象将导致电池短路，进而降低钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池的光电转换效率。为了避免这一问题，现有的技术对硅电池的金字塔绒面进行了抛光磨平处理。然而，与具有金字塔绒面陷光结构的硅电池相比，硅太阳能电池抛光后的光电转换效率会降低至原始值的约50％。因此，这一技术方案存在如下不足：第一，对硅金字塔绒面进行抛光磨平处理大幅降低了硅太阳能电池的光电转换效率；第二，增加的抛光磨平处理提高了叠层太阳能电池的生产成本，增加了工序和时间，降低了生产效率。因此，如何在μm尺度起伏的金字塔绒面基底上制备全覆盖均匀仿形空穴传输层及电子传输层薄膜成为实现高效率低成本硅-钙钛矿两端叠层光伏电池技术的核心难题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供绒面均匀空穴或电子传输膜的液膜高温高浓速涂原位速干制备方法，以解决上述技术问题。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：绒面均匀空穴或电子传输膜的液膜高温高浓速涂原位速干制备方法，包括以下步骤：第一步，在高温下配置高浓度的空穴或电子传输溶液：以空穴传输材料或电子传输材料为溶质，和溶剂后在不高于溶剂沸点的温度下进行磁力加热搅拌至混合均匀，得到高浓度空穴或电子传输层溶液；第二步，空穴或电子传输层液膜的均匀涂覆及快速自挥发：将保持在高温状态的空穴或电子传输层溶液涂覆在具有仿金字塔绒面形貌的钙钛矿薄膜上，形成一层厚度小于金字塔平均特征高度的60％的均匀仿金字塔形空穴或电子传输层液膜；在空穴或电子传输层液膜在绒面爬行使金字塔棱和角处液膜厚度降低至原始厚度的50～95％所对应的时间之内，在高温及溶剂自身挥发速率极快特性的综合作用下溶剂快速挥发，获得空穴或电子传输层薄膜；第三步，空穴传输层薄膜的热处理：将空穴或电子传输层薄膜在70～90℃进行5～20min的退火处理，获得均匀仿金字塔形空穴或电子传输层薄膜。进一步的，空穴或电子传输层溶液的溶质为Spiro-OMeTAD、PTAA、P3HT或PCBM。进一步的，空穴或电子传输层溶液的溶剂为氯苯或甲苯。进一步的，所述高浓度空穴或电子传输层溶液为饱和浓度的空穴或电子传输层溶液。进一步的，第一步将溶质和溶剂后在60℃的温度下进行磁力加热搅拌至混合均匀。进一步的，均匀仿金字塔形空穴或电子传输层液膜的厚度小于金字塔平均特征高度的60％。进一步的，金字塔平均特征高度范围为5～20μm。相对于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：(1)本专利技术在选择挥发速率极快的液体作为溶剂，以空穴传输材料或电子传输材料为溶质，混合后在不高于溶剂沸点的温度下进行磁力加热搅拌以提高溶质的溶解度，最后得到高浓度空穴或电子传输层溶液；将保持在高温状态的空穴或电子传输层溶液涂覆在具有仿金字塔形貌的钙钛矿薄膜上，形成一层厚度小于金字塔平均特征高度的60％的均匀仿金字塔形空穴或电子传输层液膜；在空穴或电子传输层液膜在绒面爬行使金字塔棱和角处液膜厚度降低至原始厚度的50～95％所对应的时间之内，在高温及溶剂自身挥发速率极快特性的综合作用下溶剂快速挥发，获得均匀仿金字塔形空穴或电子传输层薄膜。(2)本专利技术在不对硅金字塔绒面进行抛光磨平处理的条件下，利用高温及溶剂自身极易挥发特性的综合作用下溶剂快速挥发的特点，实现了在μm尺度起伏的金字塔绒面基底上全覆盖均匀仿形空穴传输层及电子传输层薄膜的制备，保持了硅太阳能电池高效率的优势，能够实现光电转换效率大于35％的硅-钙钛矿两端叠层太阳能电池技术；(3)本专利技术免去了硅金字塔绒面的抛光磨平处理，降低了硅-钙钛矿叠层太阳能电池的生产成本，减少了时间的浪费，提高了实际生产速度。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术实施方法作进一步说明。实施例1：绒面均匀空穴传输层薄膜的制备过程：(1)PTAA溶液的配制：以氯苯为溶剂，PTAA为溶质，配制饱和浓度的PTAA溶液，再60℃避光加热搅拌2h。(2)空穴传输层液膜的均匀涂覆及快速自挥发：采用软毛刷涂覆的方式将PTAA溶液涂覆在具有金字塔绒面形貌的钙钛矿薄膜上，形成一层均匀仿形PTAA液膜；在高温及氯苯自身极易挥发特性的综合作用下溶剂快速挥发，获得均匀仿金字塔形PTAA薄膜。仿形PTAA液膜的厚度小于金字塔平均特征高度的60％；金字塔平均特征高度为5～20μm。(3)空穴传输层薄膜的热处理：将PTAA膜在70℃进行20min的退火处理。实施例2：绒面均匀空穴传输层薄膜的制备过程：(1)P3HT溶液的配制：以氯苯为溶剂，P3HT为溶质，配制饱和浓度的P3HT溶液，再60℃避光加热搅拌2h。(2)空穴传输层液膜的均匀涂覆及快速自挥发：采用软毛刷涂覆的方式将P3HT溶液涂覆在具有金字塔绒面形貌的钙钛矿薄膜上，形成一层均匀仿形P3HT液膜；在高温及氯苯自身极易挥发特性的综合作用下溶剂快速挥发，获得均匀仿金字塔形P3HT薄膜。仿形P3HT液膜的厚度小于金字塔平均特征高度的60％；金字塔平均特征高度为5～20μm。(3)空穴传输层薄膜的热处理：将P3HT膜在80℃进行5min的退火处理。实施例3：绒面均匀电子传输层薄膜的制备过程：(1)PCBM溶液的配制：以氯苯为溶剂，PCBM为溶质，配制饱和浓度的PCBM溶液，再60℃避光加热搅拌2h。(2)空穴传输层液膜的均匀涂覆及快速自挥发：采用软毛刷涂覆的方式将PCBM溶液涂覆在具有金字塔绒面形貌的钙钛矿薄膜上，形成一层均匀仿形PCBM液膜；在高温及氯苯自身极易挥发特本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.绒面均匀空穴或电子传输膜的液膜高温高浓速涂原位速干制备方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步，在高温下配置高浓度的空穴或电子传输溶液：以空穴传输材料或电子传输材料为溶质，和溶剂后在不高于溶剂沸点的温度下进行磁力加热搅拌至混合均匀，得到高浓度空穴或电子传输层溶液；第二步，空穴或电子传输层液膜的均匀涂覆及快速自挥发：将保持在高温状态的空穴或电子传输层溶液涂覆在具有仿金字塔绒面形貌的钙钛矿薄膜上，形成一层均匀仿金字塔形空穴或电子传输层液膜；在空穴或电子传输层液膜在绒面爬行使金字塔棱和角处液膜厚度降低至原始厚度的50～95％所对应的时间之内，在高温及溶剂自身挥发速率极快特性的综合作用下溶剂快速挥发，获得空穴或电子传输层薄膜；第三步，空穴传输层薄膜的热处理：将空穴或电子传输层薄膜在70～90℃进行5～20min的退火处理，获得均匀仿金字塔形空穴或电子传输层薄膜。

【技术特征摘要】
1.绒面均匀空穴或电子传输膜的液膜高温高浓速涂原位速干制备方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步，在高温下配置高浓度的空穴或电子传输溶液：以空穴传输材料或电子传输材料为溶质，和溶剂后在不高于溶剂沸点的温度下进行磁力加热搅拌至混合均匀，得到高浓度空穴或电子传输层溶液；第二步，空穴或电子传输层液膜的均匀涂覆及快速自挥发：将保持在高温状态的空穴或电子传输层溶液涂覆在具有仿金字塔绒面形貌的钙钛矿薄膜上，形成一层均匀仿金字塔形空穴或电子传输层液膜；在空穴或电子传输层液膜在绒面爬行使金字塔棱和角处液膜厚度降低至原始厚度的50～95％所对应的时间之内，在高温及溶剂自身挥发速率极快特性的综合作用下溶剂快速挥发，获得空穴或电子传输层薄膜；第三步，空穴传输层薄膜的热处理：将空穴或电子传输层薄膜在70～90℃进行5～20min的退火处理，获得均匀仿金字塔形空穴或电子传输层薄膜。2.根据权利要求1所述的绒面均匀空穴或电子传输膜的液膜高温高浓速涂原位速干制备方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨冠军，李小磊，李广荣，王瑶，丁斌，李长久，李成新，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61