一种大面积钙钛矿太阳能电池的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种大面积钙钛矿太阳能电池的制备方法，具体包括采用刮涂法制备电子传输层和空穴传输层，采用先喷涂后刮涂的方法制备钙钛矿吸收层。刮涂的方式制备电子传输层和空穴传输层，能够保证良好的膜层质量，为钙钛矿层提供基础平台，实现钙钛矿吸收层和电子传输层之间、钙钛矿吸收层与空穴传输层之间的良好结合；先喷涂后刮涂的方法所制备得钙钛矿层均匀平整，表面缺陷大大降低，对钙钛矿太阳能电池的效率提高具有很强的增益效果；刮涂和喷涂得制备方法简单可行，对设备要求比较低，可应用于大面积钙钛矿太阳能电池的制备；可充分利用材料，在最大程度上节约成本，实现绿色生产。

Preparation of a large area perovskite solar cell

【技术实现步骤摘要】
一种大面积钙钛矿太阳能电池的制备方法
本专利技术涉及太阳能光伏
，尤其涉及一种大面积钙钛矿太阳能电池的制备方法。
技术介绍
钙钛矿太阳能电池是以具有钙钛矿结构的有机-金属卤化物作为核心光吸收、光电转换、光生载流子输运材料的太阳能电池，其具有光电转换效率高、成本低、制备简单等突出的优点，成为目前太阳能电池的研究热点。钙钛矿太阳能电池一般是由透明导电层、电子传输层、钙钛矿吸收层、空穴传输层和背电极层构成的，制备方法主要包括液相法、气相法、气相辅助液相法和旋涂法。在实际研究中液相法、气相法和气相辅助液相法的制备工艺较为复杂，所涉及的设备繁杂，得到的膜缺陷较多，使得所制备的钙钛矿太阳能电池整体性能不佳；旋涂法因其成膜质量高、成膜厚度、内部结构及表面形貌性能较好，便于控制，且可重复性好等特点，在实验室的研究中占据主流地位，但旋涂法只适用于较小的衬底，而且材料浪费率较高，无法应用于大面积器件的制备，限制了钙钛矿太阳能电池的产业化发展。CN105655489A公开了一种基于喷涂工艺制备大面积钙钛矿太阳能电池的方法，采用喷涂法制备电子传输层、连续喷涂法制备钙钛矿吸收层、喷涂法制备空穴传输层和背电极层，实现了大面积钙钛矿太阳能电池的制备。但采用连续喷涂的这种方法所制备的各膜层，粗糙度较高，容易形成孔洞，形成电池后，容易产生短路现象。CN109216548A公开了一种钙钛矿太阳能电池的刮涂制备方法，采用在导电基底上制备空穴传输层、氧化铝层、铜铟硫-钙钛矿复合层、电子传输层的办法制备钙钛矿太阳能电池，其中刮涂法工艺简单，对设备要求低，可以节约成本，实现绿色生产，并且可以使用柔性基底取代传统玻璃基底，实现了钙钛矿电池的柔性化；但是在采用刮涂法制备钙钛矿层时，会存在PbI2残留过量的问题，对钙钛矿的形成造成不良的影响。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述问题，本专利技术旨在提供一种简单有效的刮涂-喷涂结合的方法制备钙钛矿太阳能电池，解决了现有技术中单纯地喷涂电子传输层和空穴传输层所造成的膜层粗糙度高、容易形成孔洞，造成电池短路的问题，以及单纯地刮涂法制备钙钛矿层时存在PbI2残留过量的问题，并且可以应用于大面积钙钛矿太阳能电池的制备，所制备的各膜层平整均匀，提高了大面积钙钛矿电池的效率。为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：一种大面积钙钛矿太阳能电池的制备方法，所述方法包括采用刮涂法制备电子传输层和空穴传输层，采用先喷涂后刮涂的方法制备钙钛矿吸收层。可选地，所述钙钛矿吸收层的制备步骤为：在所述电子传输层或所述空穴传输层上喷涂PbI2溶液，得到PbI2薄膜层；在所述碘化铅薄膜层上刮涂FAI/MACl/MABr的混合溶液，得到钙钛矿吸收层。可选地，所述PbI2溶液的浓度为1.13mol/L-1.53mol/L。可选地，所述PbI2薄膜层的厚度为150nm-250nm。可选地，所述钙钛矿吸收层的厚度为300nm-400nm。可选地，所述电子传输层的材料为SnO2。可选地，所述电子传输层的厚度为20nm-50nm。可选地，所述空穴传输层的材料为Spiro-OMeTAD或PTAA。可选地，所述空穴传输层的厚度为150nm-250nm。可选地，所述钙钛矿太阳能电池为正式或反式结构。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：1)本专利技术采用刮涂的方式制备电子传输层和空穴传输层，可有效地避免单纯的喷涂所造成的膜粗糙度过大，容易形成孔洞，与钙钛矿电池结合后易短路的问题；并且能够保证良好的膜层质量，为钙钛矿层提供基础平台，实现钙钛矿吸收层和电子传输层之间、钙钛矿吸收层与空穴传输层之间的良好结合，从而保证电池效率。2)本专利技术采用先喷涂后刮涂的方法制备钙钛矿层，先喷涂PbI2层，使其具有更高的粗糙度，再刮涂FAI/MACl/MABr混合溶液时，可以保证溶液充分的浸入，使反应更完全，减少PbI2的残留，从而降低了对钙钛矿层的不良影响；采用该法所制备的膜层均匀平整，表面缺陷大大降低，对钙钛矿太阳能电池的效率提高具有很强的增益效果。3)本专利技术采用刮涂和喷涂结合的办法制备钙钛矿太阳能电池，制备方法简单可行，对设备要求比较低，可应用于大面积钙钛矿太阳能电池的制备；刮涂和喷涂可充分利用材料，在最大程度上节约成本，实现绿色生产。附图说明图1为本专利技术实施例的钙钛矿太阳能电池的正式结构图。图2为本专利技术实施例的钙钛矿太阳能电池的反式结构图。具体实施方式下面将结合实施例对本专利技术的技术方案进行清楚、完整的描述。本专利技术所提供的一种大面积钙钛矿太阳能电池的制备方法，是采用刮涂法制备电子传输层和空穴传输层，采用先喷涂后刮涂的方法制备钙钛矿吸收层。钙钛矿吸收层的制备步骤为：在电子传输层或空穴传输层上喷涂PbI2溶液，得到碘化铅薄膜层；在碘化铅薄膜层上刮涂FAI/MACl/MABr的混合溶液，得到钙钛矿吸收层。其中钙钛矿吸收层采用先喷涂碘化铅(PbI2)溶液，退火，形成PbI2薄膜层；再在PbI2薄膜层上刮涂FAI/MACl/MABr(甲脒离子(FA)和甲胺离子(MA))混合溶液，退火，得到钙钛矿层。采用喷涂法制备PbI2薄膜层，可使其具有更高的粗糙度，再刮涂FAI/MACl/MABr混合溶液时，可以保证溶液充分的浸入，使反应更完全，减少PbI2的残留，从而降低了对钙钛矿层的不良影响；采用该法所制备的膜层均匀平整，表面缺陷大大降低，对钙钛矿太阳能电池的效率提高具有很强的增益效果。PbI2的溶液浓度控制在1.13mol/L-1.53mol/L，在此浓度范围内，溶液的粘度适中，利于喷涂的进行，所得到的膜平整度更好；采用N,N-二甲基甲酰胺(DMF)作为PbI2的溶剂，保证PbI2的良好的溶解性；膜层的厚度控制在150-250nm，该薄膜层太厚时，容易导致反应不充分，残留PbI2溶液，对钙钛矿层产生不良影响，如果该薄膜层太薄，会影响最终对钙钛矿电池效率的增益效果。钙钛矿吸收复合层的厚度需要在一定范围内才能达到较高的转换效率，增加厚度有利于减少光的透过，从而增加对光吸收率，从而增大短路电流；但随着厚度的增加，电子传输路径也会增加，也就会导致电子在传输过程中被复合的几率增加，从而导致开路电压减小，因此钙钛矿吸收层的厚度需要控制在一定范围内，所以本专利技术将钙钛矿吸收复合层的厚度设为300-400nm。电子传输层的材料为氧化锡(SnO2)，制备方法采用刮涂，采用氧化锡可在150℃下低温退火制备电子传输层，该方法可以在柔性基底上进行，扩大了钙钛矿电池的应用范围；采用刮涂法制备电子传输层，可有效地避免单纯的喷涂所造成的膜粗糙度过大，容易形成孔洞，与钙钛矿电池结合后易短路的问题；能够保证良好的膜层质量，为钙钛矿层提供基础平台，实现钙钛矿层和电子传输层之间的良好结合，从而保证电池效率。电子传输层的厚度控制在20-50nm内，以防电子传输层过厚时，电子传输的路径增加，影响光电转换效率。空穴传输层的材料采用2，2′，7，7′-四[N，N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9，9′-螺二芴(Spiro-OMeTAD)或聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺](PTAA)，厚度控制在150nm-250nm，刮涂法制备的空穴传输层膜平整，缺陷少，可有效的与钙钛矿吸收层结合，提高光电转换效率。本专利技术所提供本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大面积钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述方法包括采用刮涂法制备电子传输层和空穴传输层，采用先喷涂后刮涂的方法制备钙钛矿吸收层。

【技术特征摘要】
1.一种大面积钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述方法包括采用刮涂法制备电子传输层和空穴传输层，采用先喷涂后刮涂的方法制备钙钛矿吸收层。2.根据权利要求1所述的一种大面积钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述钙钛矿吸收层的制备步骤为：在所述电子传输层或所述空穴传输层上喷涂PbI2溶液，得到PbI2薄膜层；在所述碘化铅薄膜层上刮涂FAI/MACl/MABr的混合溶液，得到钙钛矿吸收层。3.根据权利要求2所述的一种大面积钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述PbI2溶液的浓度为1.13mol/L-1.53mol/L。4.根据权利要求2所述的一种大面积钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述PbI2薄膜层的厚度为150nm-250nm。5.根据权利要求2所述的一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈浩，唐泽国，张倩，
申请(专利权)人：北京宏泰创新科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11