绒面均匀钙钛矿膜的液膜冷气抑爬原位速干析晶制备方法技术

本发明专利技术公开一种绒面均匀钙钛矿膜的液膜冷气抑爬原位速干析晶制备方法，包括以下步骤：第一步，钙钛矿液膜的均匀涂覆；第二步，钙钛矿液膜的快速干燥处理：对钙钛矿液膜进行通冷气–抽冷气处理，将液膜干燥固化，获得均匀全覆盖仿金字塔形钙钛矿薄膜；第三步，钙钛矿薄膜的热处理：将经通冷气–抽冷气处理的钙钛矿薄膜在70～150℃进行10～200min的退火处理，去除残余溶剂并使晶粒长大，得到全覆盖仿金字塔形的绒面均匀钙钛矿薄膜。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，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冷气抑爬原位速干析晶制备方法
本专利技术属于硅-钙钛矿叠层太阳能电池制备
，特备涉及一种绒面均匀钙钛矿膜的液膜冷气抑爬原位速干析晶制备方法。
技术介绍
在众多光伏器件中，钙钛矿太阳能电池的光电转换效率在过去八年获得了最快速度的发展。目前，钙钛矿太阳能电池的光电转换效率已经高达23.4％，与成熟的薄膜太阳能电池如铜铟硒化镓和碲化镉太阳能电池性能相当，受到了全世界学术界及产业界的广泛关注。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冷气抑爬原位速干析晶制备方法，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冷气抑爬原位速干析晶制备方法，包括以下步骤：第一步，钙钛矿液膜的均匀涂覆：将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，形成一层均匀仿形钙钛矿液膜；第二步，钙钛矿液膜的快速干燥处理：对钙钛矿液膜进行通冷气–抽冷气处理，通过冷气降低温度提高钙钛矿液膜的黏度，进而抑制液膜爬行作用，将液膜干燥固化，获得均匀全覆盖仿金字塔形钙钛矿薄膜；第三步，钙钛矿薄膜的热处理：将经通冷气–抽冷气处理的钙钛矿薄膜在70～150℃进行10～200min的退火处理，去除残余溶剂并使晶粒长大，得到全覆盖仿金字塔形的绒面均匀钙钛矿薄膜。进一步的，第二步在金字塔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，完成液膜干燥固化。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，所述冷气的温度介于钙钛矿前驱体溶胶或溶液凝固温度与0℃之间。进一步的，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；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，所述冷气为不与钙钛矿液膜发生反应的气体。进一步的，所述冷气为空气、氮气或氩气。进一步的，所述的金字塔绒面形貌的基底为硅金字塔绒面。进一步的，所述的金字塔绒面形貌的基底为沉积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，钙钛矿前驱体溶胶中溶质的化学通式为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，仿形钙钛矿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范围为5-20微米。进一步的，通冷气–抽冷气处理在通冷气-抽气干燥设备内完成，通冷气–抽冷气处理时抽气腔气压为500-1500Pa，抽气时长小于或等于5s。外加涂覆后转移至干燥设备用时5s内，总计用时10S内。进一步的，第二步在钙钛矿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，将液膜干燥固化，获得均匀全覆盖仿金字塔形钙钛矿薄膜；相对于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：(1)本专利技术首先将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，形成一层均匀仿形钙钛矿液膜；然后再通过冷气使仿形钙钛矿液膜降温增黏，抑制液膜爬行，利用抽气法快速干燥，完成薄膜制备；经过退火，获得全覆盖仿金字塔形的绒面均匀钙钛矿薄膜。克服了现有技术中，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，导致最终的钙钛矿薄膜无法完全覆盖金字塔的顶角及棱的技术问题。(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)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，钙钛矿溶胶中CH3NH3PbI3的质量百分浓度为35％。(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)钙钛矿液膜的快速干燥处理：在5s内利用通冷气-抽气钙钛矿液膜快速干燥设备完成对钙钛矿液膜的干燥处理(抽气腔气压：1000Pa，抽气时长：10s，冷气：温度为0℃的氮气)，从而获得厚度为350nm的均匀全覆盖仿金字塔形钙钛矿薄膜；(4)钙钛矿薄膜的热处理：将钙钛矿薄膜在100℃进行15min的退火处理，去除残余溶剂并使晶粒长大，最后得到致密全覆盖的仿金字塔形黑色绒面均匀钙钛矿薄膜。实施例2绒面均匀钙钛矿膜的制备过程：(1)钙钛矿前驱体溶胶的配制：以DMSO为溶剂，PbI2和CH3NH3I为溶质，配制钙钛矿溶胶，钙钛矿溶胶中CH3NH3PbI3的质量百分浓度为35％。(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4μm的均匀仿形钙钛矿液膜；(3)钙钛矿液膜的快速干燥处理：在5s内利用通冷本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.绒面均匀钙钛矿膜的液膜冷气抑爬原位速干析晶制备方法，其特征在于：包括以下步骤：第一步，钙钛矿液膜的均匀涂覆：将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，形成一层均匀仿形钙钛矿液膜；第二步，钙钛矿液膜的快速干燥处理：对钙钛矿液膜进行通冷气–抽冷气处理，通过冷气降低温度提高钙钛矿液膜的黏度，进而抑制液膜爬行作用，将液膜干燥固化，获得均匀全覆盖仿金字塔形钙钛矿薄膜；第三步，钙钛矿薄膜的热处理：将经通冷气–抽冷气处理的钙钛矿薄膜在70～150℃进行10～200min的退火处理，去除残余溶剂并使晶粒长大，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冷气抑爬原位速干析晶制备方法，其特征在于：包括以下步骤：第一步，钙钛矿液膜的均匀涂覆：将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，形成一层均匀仿形钙钛矿液膜；第二步，钙钛矿液膜的快速干燥处理：对钙钛矿液膜进行通冷气–抽冷气处理，通过冷气降低温度提高钙钛矿液膜的黏度，进而抑制液膜爬行作用，将液膜干燥固化，获得均匀全覆盖仿金字塔形钙钛矿薄膜；第三步，钙钛矿薄膜的热处理：将经通冷气–抽冷气处理的钙钛矿薄膜在70～150℃进行10～200min的退火处理，去除残余溶剂并使晶粒长大，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冷气抑爬原位速干析晶制备方法，其特征在于：第二步在金字塔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，完成液膜干燥固化。3.根据权利要求1所述的绒面均匀钙钛矿膜的液膜冷气抑爬原位速干析晶制备方法，其特征在于：所述冷气的温度介于钙钛矿前驱体溶胶或溶液凝固温度与0℃之间。4.根据权利要求2所述的绒面均匀钙钛矿膜的液膜冷气抑爬原位速干析晶制备方法，其特征在于：所述固相和液相中溶质的总量包括已形...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨冠军，李小磊，李广荣，王瑶，楚倩倩，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