一种利用刮刀涂布法制备大面积、半透明钙钛矿薄膜的方法及其应用技术

本发明专利技术公开一种利用刮刀涂布法制备大面积、半透明钙钛矿薄膜的方法及其应用。该方法步骤为：制备含有表面活性剂的FAPbBr

【技术实现步骤摘要】
一种利用刮刀涂布法制备大面积、半透明钙钛矿薄膜的方法及其应用
本专利技术属于钙钛矿薄膜领域，具体涉及一种利用刮刀涂布法制备大面积、半透明钙钛矿薄膜的方法及其应用。
技术介绍
自工业革命以来，人类消耗的能源与日俱增。长期以来，化石能源是人类最主要的能量来源。然而，由于化石能源是不可再生能源，人类终将面临化石能源枯竭的问题。因此，开发可再生的新能源，实现可持续发展显得至关重要。自20世纪六、七十年代以来，水能、生物质能、风能和太阳能等新能源相继被开发利用。对于地球而言，太阳光能是储量最大的可再生能源。据统计，地球表面每年接收到的太阳辐射能量约为8.85亿兆瓦时(TW*h),远超过全球其它能源消耗的总和。可见，太阳能是无比庞大的能量源。此外，太阳能还具有洁净无污染，广泛普遍等优点，这使得太阳能的开发倍受关注。太阳能的开发利用方式多种多样，其中光伏应用对太阳能的利用率最高。1954年，贝尔实验室的DarrylChapin等人专利技术了硅太阳能电池，用以卫星供能，首次实现了光伏的实际应用。此后，硅太阳能电池技术逐渐成熟，在航天、军事以及供电等领域得到良好的发展。然而，由于生产工艺苛刻复杂，单晶硅成本昂贵，使得硅太阳电池发电的成本难以与传统电力竞争。因此，很多科学家致力于研发较为廉价的太阳能电池来替代硅太阳电池。自2009年来，有机无机杂化钙钛矿材料以较高的光吸收系数，优异的载流子分离，良好的载流子传输能力、较低的成本以及可溶液法制备等优势在太阳能电池领域引起广泛的关注。目前，基于钙钛矿型材料的电池效率从2009年3.8％增长到了2019年的25.2％，更加接近其商业化目标。钙钛矿太阳能电池应用前景可谓十分广阔，包括可发电供能窗户、顶棚或者玻璃幕墙的光伏建筑一体化就是其中非常重要的应用之一，而这也将不可避免地增加对高效稳定半透明钙钛矿太阳能电池的需求。对于半透明钙钛矿器件来说，宽禁带钙钛矿材料因其短波吸收特性成为了半透明器件吸收层的不二选择，也使其在叠层器件领域具有广阔前景，叠层技术可以突破Shockley–Queisser效率极限，更加有效地吸收利用太阳光，避免了单结器件的能量损耗。目前大多数报道的高效率钙钛矿薄膜的制备工艺大多为旋涂法，旋涂法可以实现器件的高光电转换效率，但其工艺复杂，且其工艺自身限制了大面积制备，旋涂法仅仅可以实现不到5cm2的有效工作面积，这就意味着旋涂法对于钙钛矿太阳能电池的商业化来说，是一个致命的缺陷。此外，也有利用真空蒸镀法制备钙钛矿薄膜，但是也存在高能耗、高成本的缺点。因此亟需寻找一种简单低成本的制备工艺得到大面积、性能稳定的、半透明的钙钛矿薄膜，以应用于商业化的钙钛矿太阳能电池中。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种利用刮刀涂布法制备大面积、半透明钙钛矿薄膜的方法及其应用，其制备方法工艺简单，效率高，成本低，所得钙钛矿薄膜面积大且质量好，可用于太阳能光伏发电能源领域。为了解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：提供一种利用刮刀涂布法制备大面积、半透明钙钛矿薄膜的方法，具体包括如下步骤：1)制备FAPbBr3钙钛矿前驱体溶液时，加入表面活性剂；2)将刮刀涂布机设置预热温度，将FTO玻璃基底置于刮刀涂布机上预热使FTO玻璃基底与刮刀涂布机所设置的温度一致；3)调节刮刀旋钮使刮刀下降至与FTO玻璃基底表面紧紧接触，设置该高度为0，使刮刀从零点位置上升一定高度，该高度为刮刀涂布高度；4)滴加步骤1)制备得到的钙钛矿前驱体溶液至FTO玻璃基底与刮刀之间的缝隙，使其填满整个半月槽，运行刮刀涂布机，刮刀刮过FTO玻璃基底，带动钙钛矿前驱体溶液铺满FTO玻璃基底，得到钙钛矿前驱体薄膜；5)将步骤4)得到的钙钛矿前驱体薄膜置于热台上退火后即得大面积、半透明钙钛矿薄膜。按上述方案，步骤1)中，FAPbBr3钙钛矿前驱体溶液制备方法为：将PbBr2和FABr溶解于DMF与DMSO的混合溶液中，然后再加入表面活性剂，即得FAPbBr3钙钛矿前驱体溶液，其中PbBr2和FABr摩尔比为1:1，DMF和DMSO体积比为4:1。按上述方案，步骤1)中，表面活性剂为卵磷脂、Tween-80、十六烷基磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵中的一种或多种。按上述方案，步骤1)中，表面活性剂在FAPbBr3钙钛矿前驱体溶液中的含量为0.1～1mg/ml。按上述方案，步骤1)中，FAPbBr3钙钛矿前驱体溶液的浓度为0.4～1mol/L。按上述方案，步骤2)中，刮刀涂布机的预热温度为100～180℃。按上述方案，步骤3)中，刮刀涂布高度为50～300μm。按上述方案，步骤4)中，FAPbBr3钙钛矿前驱体溶液滴加体积为1～1.6μL/cm2。按上述方案，步骤5)中，退火温度为150～200℃，退火时间为10～60min。按上述方案，步骤5)中所得钙钛矿薄膜的面积为10～50cm2。提供一种上述方法得到的大面积、半透明钙钛矿薄膜在太阳能电池中的应用。按上述方案，所述大面积、半透明钙钛矿薄膜用于叠层太阳能电池中，所述叠层太阳能电池由钙钛矿电池和硅电池叠加而成，自上而下的各个功能层分别为FTO导电玻璃、电子传输层TiO2、钙钛矿层FAPbBr3、空穴传输层Spiro-OMeTAD、透明电极银纳米线、中间层、ITO、氢化非晶硅i(a-Si:H)、晶体硅层、氢化非晶硅p(ia-Si:H)、ITO、Ag电极，所述中间层为钙钛矿电池和硅电池叠加时产生的间隙。本专利技术的有益效果为：1.本专利技术选取了环境稳定性较为优异的FAPbBr3体系，通过刮刀涂布法制备得到大面积、半透明钙钛矿薄膜；FAPbBr3体系具有良好的溶液加工能力，便于使用刮刀涂布法制备钙钛矿薄膜，同时FAPbBr3体系中有机FA阳离子(甲脒基)可以形成更对称的晶体结构，大面积涂布时依然可以维持优良的热力学稳定性，得到大面积、均匀、性能稳定的半透明钙钛矿薄膜；制备过程中，事先预热FTO玻璃基底与刮刀涂布机，在刮刀涂布过程中溶剂就随之蒸发形成薄膜，同时高温可以加快晶粒生长速度，得到较大的钙钛矿晶粒，减少了晶界面积，从而更好的抵御环境对钙钛矿器件的侵蚀；该方法工艺简单，效率高，成本低，所得薄膜质量好，具有商业化应用前景。2.本专利技术制备得到的大面积、半透明钙钛矿薄膜应用于太阳能电池中，半透明特性可以用于叠层技术，更加有效地对太阳光进行吸收利用；而钙钛矿薄膜的大面积制备则极大的推进太阳能电池在串联太阳能电池、车辆集成太阳能窗户和光伏建筑一体化等领域的商业化进程。附图说明图1为实施例1制备得到的大面积、半透明钙钛矿薄膜的SEM图。图2为实施例2制备得到的大面积、半透明钙钛矿薄膜的SEM图。图3为实施例3制备得到的大面积、半透明钙钛矿薄膜的SEM图。图4为实施例4制备得到的大面积、半透明钙钛矿薄膜的SEM图。图5为实施例5制备得到的大面积、半透明钙钛矿薄膜的SEM图。图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用刮刀涂布法制备大面积、半透明钙钛矿薄膜的方法，其特征在于，具体包括如下步骤：/n1)制备FAPbBr

【技术特征摘要】
1.一种利用刮刀涂布法制备大面积、半透明钙钛矿薄膜的方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
1)制备FAPbBr3钙钛矿前驱体溶液时，加入表面活性剂；
2)将刮刀涂布机设置预热温度，将FTO玻璃基底置于刮刀涂布机上预热使FTO玻璃基底与刮刀涂布机所设置的温度一致；
3)调节刮刀旋钮使刮刀下降至与FTO玻璃基底表面紧紧接触，设置该高度为0，使刮刀从零点位置上升一定高度，该高度为刮刀涂布高度；
4)滴加步骤1)制备得到的钙钛矿前驱体溶液至FTO玻璃基底与刮刀之间的缝隙，使其填满整个半月槽，运行刮刀涂布机，刮刀刮过FTO玻璃基底，带动钙钛矿前驱体溶液铺满FTO玻璃基底，得到钙钛矿前驱体薄膜；
5)将步骤4)得到的钙钛矿前驱体薄膜置于热台上退火后即得大面积、半透明钙钛矿薄膜。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1)中，FAPbBr3钙钛矿前驱体溶液制备方法为：将PbBr2和FABr溶解于DMF与DMSO的混合溶液中，然后再加入表面活性剂，即得FAPbBr3钙钛矿前驱体溶液，其中PbBr2和FABr摩尔比为1:1，DMF和DMSO体积比为4:1。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张奇，应杭凯，钟杰，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42