一种钝化反型结构钙钛矿太阳能电池下界面的方法技术

本发明专利技术属于光伏器件制备领域，具体为一种钝化反型结构钙钛矿太阳能电池下界面的方法。在NiO表面采用热蒸发法蒸镀薄层LiF，并在快速退火炉中热处理，使Li离子扩散到NiO层中；以电子束蒸发法蒸镀薄膜MgF

A method of passivating the lower interface of reverse structure perovskite solar cells

【技术实现步骤摘要】
一种钝化反型结构钙钛矿太阳能电池下界面的方法
本专利技术属于光伏器件制备领域，具体为一种钝化反型结构钙钛矿太阳能电池下界面的方法。
技术介绍
作为新一代光伏技术代表，钙钛矿太阳能电池的部分性能指标已经接近或超过非晶硅、碲化镉、铜铟镓硒等传统薄膜光伏电池，其广泛的民用前景和巨大的市场价值受到各国研究者和工业界的关注。钙钛矿太阳能电池以卤化铅钙钛矿光吸收材料为核心，并辅以透明导电层、电子传输层、空穴传输层和金属对电极。在电池工作过程中，卤化铅钙钛矿材料吸收太阳光，在与电子/空穴传输材料的界面处分别将光生电子/空穴注入到电子/空穴传输层中，完成光生电子空穴分离。经过近几年的快速发展，钙钛矿太阳能电池领域的研究重心已逐渐从薄膜制备与性能调控转移到器件界面修饰。近期研究表明，光生载流子在卤化铅钙钛矿材料与电子/空穴传输材料界面处的传输损失以及由界面缺陷引起的钙钛矿材料变质失活是这类电池光电转换效率低于理论值和电池稳定性差的主要原因。因此，开发钙钛矿太阳能电池界面钝化的新方法，优化钙钛矿材料与电子传输材料的界面性能对钙钛矿太阳能电池性能的提高具有重要意义。
技术实现思路
针对现有反型结构钙钛矿太阳能电池中NiO空穴传输材料导电性低、NiO空穴传输材料与钙钛矿材料界面处的能级失配等问题，本专利技术的目的在于提供一种钝化反型结构钙钛矿太阳能电池下界面的方法。采用这种方法制备的NiO空穴传输层/钙钛矿薄膜，由于Li离子和Mg离子掺杂对NiO功函数及电导率的调控作用，有效改善了NiO/钙钛矿的界面能级失配，载流子在NiO/钙钛矿界面传输效率得以提高，电池的能量转换效率得以改善。本专利技术的技术方案是：一种钝化反型结构钙钛矿太阳能电池下界面的方法，包括如下步骤：(1)LiF超薄膜的制备及热处理：采用热蒸发法在涂有NiO薄膜的FTO导电薄膜基片上沉积0.5～5nm厚的LiF薄膜，蒸镀时设备真空度在1×10-3～1×10-4Pa之间，之后在快速退火炉中高低温条件下连续退火1～5分钟，低温区温度范围为100～200℃，高温区温度范围为500～600℃，快速退火炉的升温速率为50～200℃/秒，降温速率为50～200℃/分钟，退火气氛为氮气；(2)MgF2超薄膜的制备及热处理：采用电子束蒸发在步骤(1)得到的薄膜上沉积0.5～5nm厚的MgF2薄膜，蒸镀时设备真空度在1×10-2～1×10-4Pa之间，之后在快速退火炉中高低温条件下连续退火1～10分钟，低温区温度范围为200～300℃，高温区温度范围为400～600℃，快速退火炉的升温速率为100～200℃/秒，降温速率为50～200℃/分钟，退火气氛为氮气；(3)反型结构钙钛矿太阳能电池下界面的钝化：将钙钛矿溶液滴加于步骤(2)得到薄膜基片上，静置5～30秒，启动旋涂机，以3000～6000rpm的转数旋涂20～60秒，待旋涂机达到指定转数5～30秒后，取反极性溶剂一次性冲洗旋转基片表面，随后将基片置于热板炉上，在80～150℃条件下烘烤2～60分钟后，取下基片，冷却至室温，即在制备钙钛矿薄膜的同时，完成对NiO空穴传输层/钙钛矿下界面的钝化。所述的钝化反型结构钙钛矿太阳能电池下界面的方法，在步骤(1)LiF超薄膜的制备及热处理之前，配置NiO胶体溶液，即称取0.5～2mmol醋酸镍溶于5～20mL异丙醇中，之后加入0.5～2mmol乙醇胺，在60～80℃下搅拌10～15小时。所述的钝化反型结构钙钛矿太阳能电池下界面的方法，步骤(1)LiF超薄膜的制备及热处理时，在FTO导电薄膜上旋涂NiO胶体溶液，旋涂机转速为1500～2000rpm，旋涂时间为20～40秒，在200～300℃下退火0.5～2小时，获得NiO薄膜的厚度为10～200nm。所述的钝化反型结构钙钛矿太阳能电池下界面的方法，步骤(3)反型结构钙钛矿太阳能电池下界面的钝化时，反极性溶剂为乙醚或氯苯，钙钛矿薄膜的厚度为200～1000nm。所述的钝化反型结构钙钛矿太阳能电池下界面的方法，在反型结构钙钛矿太阳能电池制备中，在钙钛矿薄膜上旋涂PCBM电子传输层、BCP钝化层，并蒸镀银电极后，制备下界面钝化的反型结构钙钛矿太阳能电池。所述的钝化反型结构钙钛矿太阳能电池下界面的方法，反型结构钙钛矿太阳能电池的具体制备步骤如下：(1)在钙钛矿薄膜上旋涂PCBM溶液，溶液质量浓度为1～5wt％，溶剂为氯苯，旋涂机转速为1000～3000rpm，时间为30～60秒，之后在80～120℃热板炉上烘烤20～40分钟，获得PCBM薄膜的厚度为50～500nm；(2)在PCBM薄膜上旋涂BCP溶液，溶液浓度为0.05～0.2wt％，旋涂机转速为4000～6000rpm，时间为20～40秒；(3)在BCP薄膜上采用热方法过程蒸镀50～100nm厚度银电极，即制备下界面钝化的反型结构钙钛矿太阳能电池。本专利技术的设计思想是：本专利技术通过将快速退火的方法引入至NiO薄膜的掺杂制备中，实现Li、Mg等低价离子在NiO薄膜中的快速高效扩散，从而调控NiO薄膜的电导率和功函数。以这种快速退火Li/Mg掺杂NiO薄膜为空穴传输层，在上面旋涂钙钛矿薄膜，PCBM电子传输层、BCP钝化层，并蒸镀银电极后，制备下界面钝化的反型结构钙钛矿太阳能电池。这种器件中，由于Li离子和Mg离子掺杂对NiO功函数及电导率的调控作用，有效改善了NiO空穴传输层/钙钛矿的界面能级失配，载流子在NiO空穴传输层/钙钛矿界面和NiO层中的传输效率得以提高，电池的能量转换效率得以改善。本专利技术所具有的优点及有益效果如下：1、本专利技术研制的反型结构钙钛矿太阳能电池下界面的钝化方法，所制备的器件中，由于Li离子和Mg离子掺杂对NiO功函数及电导率的调控作用，有效改善了NiO/钙钛矿的界面能级失配，载流子在NiO/钙钛矿界面和NiO层中的传输效率得以提高，电池的能量转换效率得以改善。2、本专利技术的工艺过程操作简单，利于工业化推广。附图说明图1：实施例1所制备的下界面钝化反型结构钙钛矿太阳能电池的截面扫描电子显微镜图(a)、紫外光电子能谱图(b)、荧光光谱图(c)、以及器件的光电流-电压曲线(d)。(a)图中，Ag为银元素层，PCBM/BCP为[6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯与2,9-二甲基-4,7-二苯基-1,10-菲啰啉复合层，Perovskite为钙钛矿，Li/Mg:NiO为Li、Mg离子掺杂的NiO薄膜，FTO为掺氟二氧化锡层；(b)图中，横坐标BindingEnergy(eV)代表结合能(电子伏特)，纵坐标NormalizedIntensity代表归一化强度(a.u.)，WfLi/Mg:NiO为Li/Mg离子掺杂NiO薄膜的费米能级，WfNiO为未掺杂NiO薄膜的费米能级；(c)图中，横坐标Wavelength(nm)代表波长(纳米)，纵坐标Intensity(a.u.)代表强度，FTO-NiO-Perovskite为未修饰NiO空穴传输层/钙钛矿薄膜的荧光本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钝化反型结构钙钛矿太阳能电池下界面的方法，其特征在于，包括如下步骤：/n(1)LiF超薄膜的制备及热处理：采用热蒸发法在涂有NiO薄膜的FTO导电薄膜基片上沉积0.5～5nm厚的LiF薄膜，蒸镀时设备真空度在1×10

【技术特征摘要】
1.一种钝化反型结构钙钛矿太阳能电池下界面的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)LiF超薄膜的制备及热处理：采用热蒸发法在涂有NiO薄膜的FTO导电薄膜基片上沉积0.5～5nm厚的LiF薄膜，蒸镀时设备真空度在1×10-3～1×10-4Pa之间，之后在快速退火炉中高低温条件下连续退火1～5分钟，低温区温度范围为100～200℃，高温区温度范围为500～600℃，快速退火炉的升温速率为50～200℃/秒，降温速率为50～200℃/分钟，退火气氛为氮气；
(2)MgF2超薄膜的制备及热处理：采用电子束蒸发在步骤(1)得到的薄膜上沉积0.5～5nm厚的MgF2薄膜，蒸镀时设备真空度在1×10-2～1×10-4Pa之间，之后在快速退火炉中高低温条件下连续退火1～10分钟，低温区温度范围为200～300℃，高温区温度范围为400～600℃，快速退火炉的升温速率为100～200℃/秒，降温速率为50～200℃/分钟，退火气氛为氮气；
(3)反型结构钙钛矿太阳能电池下界面的钝化：将钙钛矿溶液滴加于步骤(2)得到薄膜基片上，静置5～30秒，启动旋涂机，以3000～6000rpm的转数旋涂20～60秒，待旋涂机达到指定转数5～30秒后，取反极性溶剂一次性冲洗旋转基片表面，随后将基片置于热板炉上，在80～150℃条件下烘烤2～60分钟后，取下基片，冷却至室温，即在制备钙钛矿薄膜的同时，完成对NiO空穴传输层/钙钛矿下界面的钝化。


2.根据权利要求1所述的钝化反型结构钙钛矿太阳能电池下界面的方法，其特征在于，在步骤(1)LiF超薄膜的制备及热处理之前，配置NiO胶体溶液，即称取0.5～2mmol醋酸镍溶于5～20mL异丙醇中，之后加入...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜辛，邱建航，王立鹏，王高翔，邰凯平，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁;21