绒面均匀钙钛矿膜的液膜增稠抑爬原位析晶制备方法技术

本发明专利技术公开一种绒面均匀钙钛矿膜的液膜增稠抑爬原位析晶制备方法，包括：第一步，配制含增稠剂的钙钛矿前驱体溶胶或溶液；第二步，钙钛矿液膜的均匀涂覆；第三步，钙钛矿液膜的干燥处理；第四步，钙钛矿薄膜的去溶剂热处理：将经干燥处理的钙钛矿薄膜在90～150℃进行10～120min的退火处理，去除残余溶剂；第五步，钙钛矿薄膜的去增稠剂热处理：将第四步处理后的钙钛矿薄膜在100～180℃进行10～120min的退火处理，去除增稠剂并使晶粒长大，最后得到仿金字塔形的绒面均匀钙钛矿薄膜。本发明专利技术不对硅金字塔绒面进行抛光磨平处理，采用溶液沉积法实现了在微米尺度起伏的金字塔绒面基底上全覆盖均匀仿形钙钛矿薄膜的制备，保持了硅太阳能电池高效率的优势。

【技术实现步骤摘要】
绒面均匀钙钛矿膜的液膜增稠抑爬原位析晶制备方法
本专利技术属于太阳能电池领域，特别涉及一种绒面均匀钙钛矿膜的制备方法。
技术介绍
2009年，有机无机杂化钙钛矿吸光材料首次用于太阳能电池中，获得了3.8％的光电转化效率，在随后短短几年内其效率急速攀升。截止目前，由美国国家可再生能源实验室认证的最高效率达到23.4％。钙钛矿太阳能电池是以具有钙钛矿晶体结构的杂化金属卤化物AMX3(A一般是CH3NH3+、HC(NH2)2+等，M一般是Pb2+、Sn2+等，X一般是Cl-、Br-、I-等)为光吸收层的一类新型太阳能电池，具有光电转换效率高、可溶液法廉价制备等优势。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，新型高效低成本硅-钙钛矿两端叠层太阳电池是光伏电池技术发展前沿与必然趋势。商业化高效率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钙钛矿膜。以溶液法沉积厚度小于1μm的钙钛矿薄膜时，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，这将导致最终的钙钛矿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，如何在微米尺度起伏的金字塔绒面基底上制备全覆盖均匀仿形钙钛矿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一种绒面均匀钙钛矿膜的液膜增稠抑爬原位析晶制备方法，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：绒面均匀钙钛矿膜的液膜增稠抑爬原位析晶制备方法，包括以下步骤：第一步，配制含增稠剂的钙钛矿前驱体溶胶或溶液：将溶剂、钙钛矿及增稠剂混合后，得到黏度不低于2.5mPa·s的钙钛矿前驱体溶胶或溶液；第二步，钙钛矿液膜的均匀涂覆：将第一步配置的钙钛矿前驱体溶胶或溶液涂覆在具有金字塔绒面形貌的基底上，形成一层厚度小于金字塔平均特征高度的60％的均匀仿形钙钛矿液膜；金字塔平均特征高度范围为5～20μm；第三步，钙钛矿液膜的干燥处理：快速完成对钙钛矿液膜的干燥处理，从而获得均匀全覆盖仿金字塔形钙钛矿薄膜；第四步，钙钛矿薄膜的去溶剂热处理：将经干燥处理的钙钛矿薄膜在90～150℃进行10～120min的退火处理，去除残余溶剂；第五步，钙钛矿薄膜的去增稠剂热处理：将第四步处理后的钙钛矿薄膜在100～180℃进行10～120min的退火处理，去除增稠剂并使晶粒长大，最后得到全覆盖仿金字塔形的绒面均匀钙钛矿薄膜。进一步的，快速完成对钙钛矿液膜的干燥处理，具体为在棱角处局部外法向固相和液相中溶质的总量与设计量之比不低于棱角处局部外法向钙钛矿薄膜可承受最小厚度与设计厚度之比前，完成钙钛矿液膜的干燥处理；所述固相和液相中溶质的总量包括已形核结晶的固相钙钛矿和液相中尚未结晶的钙钛矿。设计厚度是不低于50nm；能承受的最小厚度与设计厚度之比不低于10％；进一步的，所述已形核结晶的固相钙钛矿包括固相钙钛矿和以络合物形式存在的钙钛矿。进一步的，所述干燥处理为抽气法或通气-抽气法。进一步的，钙钛矿前驱体溶胶或溶液中钙钛矿的质量百分比为35～40％。进一步的，所述增稠剂为亲水性高分子化合物；钙钛矿前驱体溶胶或溶液中增稠剂的质量百分比为1～30％。进一步的，增稠剂为聚丙烯酸钠、乙二醇或丙烯酸类增稠剂。进一步的，所述增稠剂在钙钛矿薄膜热处理的过程中能够挥发去除，且不与钙钛矿和溶剂发生反应。进一步的，所述金字塔绒面形貌的基底为硅金字塔绒面。进一步的，所述金字塔绒面形貌的基底为涂覆有仿形隧穿层的硅金字塔绒面、涂覆有仿形空穴传输层的硅金字塔绒面或涂覆有仿形电子传输层的硅金字塔绒面。进一步的，所述钙钛矿的化学通式为ABX3，其中A选自烷基胺、碱金属或其组合，B选自铅、锡或其组合，X选自Br、Cl、I或其组合。进一步的，所述快速指，第一步涂覆完成后，8s内完成对钙钛矿液膜的快速干燥处理。涂覆完后，转移至多流气刀设备中耗时约5s以内，外加流气刀干燥3s，总耗时约8s内。相对于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：(1)本专利技术通过添加增稠剂提高钙钛矿溶液的黏度，抑制液膜爬行，利用抽气法快速干燥，完成薄膜制备。避免现有技术中，以溶液法沉积厚度小于1μm的钙钛矿薄膜时，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的技术问题。(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，可以采用溶液法在微米尺度起伏的金字塔绒面基底上制备出全覆盖均匀仿形钙钛矿薄膜，能够保持硅太阳能电池高效率的优势，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绒面均匀钙钛矿膜的制备方法，包括：(1)含增稠剂的钙钛矿前驱体溶胶的配制：以DMF为溶剂，PbI2和CH3NH3I为溶质，配制钙钛矿溶胶，聚丙烯酸钠为增稠剂，三者混合均匀得到高粘度的钙钛矿前驱体溶胶；高粘度的钙钛矿前驱体溶胶黏度大于于2.5mPa·s；高粘度的钙钛矿前驱体溶胶中CH3NH3PbI3的质量百分浓度为40％，聚丙烯酸钠的质量百分浓度为10％；(2)钙钛矿液膜的均匀涂覆：采用软毛刷涂覆的方式将钙钛矿前驱体溶胶涂覆在具有金字塔绒面形貌的硅太阳能电池上，形成一层淡黄色的厚度为2μm的均匀仿形钙钛矿液膜。仿形钙钛矿液膜的厚度小于金字塔平均特征高度的60％。(3)钙钛矿液膜的干燥处理：在3s内利用多流气刀钙钛矿液膜快速干燥方法完成对钙钛矿液膜的干燥处理，从而获得厚度为400nm的均匀全覆盖仿金字塔形钙钛矿薄膜。(4)钙钛矿薄膜的去溶剂热处理：将经干燥处理的钙钛矿薄膜在90℃进行10min的退火处理，去除残余溶剂。(5)钙钛矿薄膜的去增稠剂热处理：将钙钛矿薄膜在100℃进行10min的退火处理，去除增稠剂并使晶粒长大，最后得到致密全覆盖的仿金字塔形的绒面均匀钙钛矿薄膜。实施例2绒面均匀钙钛矿膜的制备方法，包括：(1)含增稠剂的钙钛矿前驱体溶胶的配制：以DMSO为溶剂，PbI2和FAI为溶质，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.绒面均匀钙钛矿膜的液膜增稠抑爬原位析晶制备方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步，配制含增稠剂的钙钛矿前驱体溶胶或溶液：将溶剂、钙钛矿及增稠剂混合后，得到黏度不低于2.5mPa·s的钙钛矿前驱体溶胶或溶液；第二步，钙钛矿液膜的均匀涂覆：将第一步配置的钙钛矿前驱体溶胶或溶液涂覆在具有金字塔绒面形貌的基底上，形成一层厚度小于金字塔平均特征高度的60％的均匀仿形钙钛矿液膜；第三步，钙钛矿液膜的干燥处理：快速完成对钙钛矿液膜的干燥处理，从而获得均匀全覆盖仿金字塔形钙钛矿薄膜；第四步，钙钛矿薄膜的去溶剂热处理：将经干燥处理的钙钛矿薄膜在90～150℃进行10～120min的退火处理，去除残余溶剂；第五步，钙钛矿薄膜的去增稠剂热处理：将第四步处理后的钙钛矿薄膜在100～180℃进行10～120min的退火处理，去除增稠剂并使晶粒长大，最后得到全覆盖仿金字塔形的绒面均匀钙钛矿薄膜。

【技术特征摘要】
1.绒面均匀钙钛矿膜的液膜增稠抑爬原位析晶制备方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步，配制含增稠剂的钙钛矿前驱体溶胶或溶液：将溶剂、钙钛矿及增稠剂混合后，得到黏度不低于2.5mPa·s的钙钛矿前驱体溶胶或溶液；第二步，钙钛矿液膜的均匀涂覆：将第一步配置的钙钛矿前驱体溶胶或溶液涂覆在具有金字塔绒面形貌的基底上，形成一层厚度小于金字塔平均特征高度的60％的均匀仿形钙钛矿液膜；第三步，钙钛矿液膜的干燥处理：快速完成对钙钛矿液膜的干燥处理，从而获得均匀全覆盖仿金字塔形钙钛矿薄膜；第四步，钙钛矿薄膜的去溶剂热处理：将经干燥处理的钙钛矿薄膜在90～150℃进行10～120min的退火处理，去除残余溶剂；第五步，钙钛矿薄膜的去增稠剂热处理：将第四步处理后的钙钛矿薄膜在100～180℃进行10～120min的退火处理，去除增稠剂并使晶粒长大，最后得到全覆盖仿金字塔形的绒面均匀钙钛矿薄膜。2.根据权利要求1所述的绒面均匀钙钛矿膜的液膜增稠抑爬原位析晶制备方法，其特征在于，快速完成对钙钛矿液膜的干燥处理，具体为在棱角处局部外法向固相和液相中溶质的总量与设计量之比不低于棱角处局部外法向钙钛矿薄膜可承受最小厚度与设计厚度之比前，完成钙钛矿液膜的干燥处理；所述固相和液相中溶质的总量包括已形核结晶的固相钙钛矿和液相中尚未结晶的钙钛矿。3.根据权利要求2所述的绒面均匀钙钛矿膜的液膜增稠抑爬原位析晶制备方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨冠军，李小磊，李广荣，李臻，高黎黎，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