一种柔性电子传输层成膜工艺制造技术

本发明专利技术涉及一种柔性电子传输层成膜工艺，包括：步骤1、制备聚乙烯亚胺前驱液：将一定量的聚乙烯亚胺溶于溶剂中，令聚乙烯亚胺前驱液中聚乙烯亚胺的含量在0.1～3wt％之间；步骤2、使用溶液法在透明电极表面采用旋涂、浸涂或喷涂工艺制备超薄聚乙烯亚胺薄膜(ut‑PEI薄膜)。本发明专利技术的有益效果是：本发明专利技术结构设计合理，制备步骤简单，降低了加工温度，提高了工艺兼容性；通过使用超薄聚乙烯亚胺对电子传输层进行修饰，降低了透明电极和电子传输层的接触电阻；降低了透明电极的功函数，使透明电极与电子传输层更匹配；提高了电荷的提取效率，最终使钙钛矿电池器件获得较高的光电转换效率；有助于钙钛矿的低成本产业化推进。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性电子传输层成膜工艺
本专利技术涉及光电器件领域，尤其包括一种柔性电子传输层成膜工艺。
技术介绍
柔性钙钛矿太阳能电池，是在硬质钙钛矿太阳能电池的基础上发展起来的一种新型柔性薄膜电池，通过使用多种柔性衬底，可以达到可弯曲、可折叠的目的，大大拓宽了钙钛矿太阳能电池的应用场景。n-i-p型钙钛矿太阳能电池中常用的电子传输层包括二氧化钛、二氧化锡和氧化锌三种，但是在目前的研究中，这三种电子传输层都需要进行高温处理才能达到比较好的效果，而高温处理过程与柔性钙钛矿太阳能电池制备工艺不兼容，同时也会造成能源的大量浪费、增加制造成本。因此，寻找一种简单易操作可低温(<100℃)制备高效电子传输层的方法就具有十分重要的现实意义。低温方法制备的电子传输层薄膜是否无孔洞裂纹、能否降低表面粗糙度以及能否提高原材料的利用率等技术问题也一直是各方关注的重点。在柔性钙钛矿太阳能电池中使用最多和效果最好的电子传输层材料为二氧化锡，目前常用的方法主要有PEALD生长法和超薄界面层钝化法两种。PEALD生长法需要加装了等离子体增强的ALD设备，难以大规模推广，且后续须用水蒸气处理二氧化锡薄膜去除有机物才能得到纯净的二氧化锡薄膜。常规旋涂法制备的二氧化锡薄膜在低温退火时会产生较多的孔洞裂纹，在透明电极和电子传输层之间插入超薄界面钝化层虽然解决了钙钛矿层与透明电极直接接触导致的界面复合问题，但电子传输层薄膜的孔洞裂纹依旧存在，影响钙钛矿前驱液结晶，进而影响电池整体性能。超薄聚乙烯亚胺(ut-PEI)修饰电子传输层的方法是在常规旋涂法的基础上进行改进的，通过在透明电极和电子传输层中间插入一层超薄的聚乙烯亚胺，利用超薄聚乙烯亚胺层中长链高分子上的高密度胺基，吸附到透明电极表面，并可以通过水洗的方式降低厚度，后续的电子传输层可以通过与超薄聚乙烯亚胺层表面的胺基形成共价键，在低温退火(100℃，30min)条件下就可以得到均匀致密的电子传输层薄膜，从而实现高效电子传输层的低温制备，进而制备高效的柔性钙钛矿太阳能电池。对于目前二氧化锡电子传输层的低温成膜方法，PEALD生长法和超薄界面层钝化法已经取得了较好的效果，但是依然存在一些技术问题，主要表现为1)PEALD生长需要加装等离子体增强的ALD设备，难以大规模推广，也难以大面积制备，且后续须水蒸气处理去除有机物才能得到纯净的二氧化锡薄膜，工艺复杂。2)常规旋涂法制备的二氧化锡薄膜在低温退火时会产生较多的孔洞裂纹，在透明电极和电子传输层之间插入超薄界面钝化层虽然解决了钙钛矿层与透明电极直接接触导致的界面复合问题，但电子传输层薄膜的孔洞裂纹依旧存在，影响钙钛矿前驱液结晶，进而影响电池整体性能。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术中的不足，提供一种柔性电子传输层成膜工艺。这种基于柔性电子传输层构建的钙钛矿太阳能电池，内部结构从下到上依次为：带有透明电极的柔性高分子衬底、柔性电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层和顶部金属电极；所述带有透明电极的柔性高分子衬底中柔性高分子衬底在下，透明电极在上；所述柔性电子传输层为聚乙烯亚胺层修饰的二氧化锡电子传输层，所述聚乙烯亚胺层为超薄聚乙烯亚胺薄膜(ut-PEI薄膜)；所述柔性电子传输层中超薄聚乙烯亚胺薄膜在下，二氧化锡电子传输层在上；超薄聚乙烯亚胺薄膜位于透明电极和二氧化锡电子传输层之间。作为优选，所述二氧化锡电子传输层的厚度约为20～30nm，二氧化锡电子传输层中采用的二氧化锡为颗粒状纳米粒子，粒径约为4nm；超薄聚乙烯亚胺薄膜的厚度为1～3nm。作为优选，所述柔性高分子衬底为柔性的PET高分子基底或PEN高分子基底；柔性高分子衬底在近紫外、可见光和近红外区范围内均有较高的透过率，可以阻隔氧气和水，而且平整度高，对高温(100℃)的长期耐受性高；所述透明电极为ITO结构或OMO结构的透明导电电极，在近紫外、可见光和近红外区范围内均有较高的透过率；透明导电电极具有高导电性、低粗糙度和高稳定性；所述带有透明电极的柔性高分子衬底为ITO-PEN、ITO-PET、OMO-PEN、OMO-PET或OMO-Paper；所述顶部金属电极选用Au或Ag。这种柔性电子传输层成膜工艺，具体包括如下步骤：步骤1、制备聚乙烯亚胺前驱液：将一定量的聚乙烯亚胺溶于溶剂中，令聚乙烯亚胺前驱液中聚乙烯亚胺的含量在0.1～3wt％之间；步骤2、使用溶液法在透明电极表面采用旋涂、浸涂或喷涂工艺制备超薄聚乙烯亚胺薄膜(ut-PEI薄膜)；执行步骤2.1、步骤2.2或步骤2.3；步骤2.1、在透明电极表面采用旋涂工艺制备超薄聚乙烯亚胺薄膜(ut-PEI薄膜)：步骤2.1.1、将表面经过紫外线和臭氧处理的带有透明电极的柔性高分子衬底置于匀胶机的蜂窝状吸盘上，用移液枪将聚乙烯亚胺前驱液均匀涂在带有透明电极的柔性高分子衬底上，静置2～5min后开始进行步骤2.1.2中的旋涂操作；步骤2.1.2、调节匀胶机的转速在1000rpm～6000rpm内，设定旋转时间为10s～60s，在表面滴加50～200μl聚乙烯亚胺前驱液的溶剂；调节匀胶机转速在1000rpm～6000rpm内，设定旋转时间为10s～60s，将带有透明电极的柔性高分子衬底转移到加热台上，在80～120℃下退火10min；待带有透明电极的柔性高分子衬底冷却后，用移液枪将20～50μl的SnO2溶液均匀涂在带有透明电极的柔性高分子衬底上，静置2～5min后开始旋涂；调节转速在3000rpm～5000rpm内，设定旋转时间为20～40s，再转移到加热台上在80～120℃下退火20～40min；步骤2.2、在透明电极表面采用浸涂工艺制备超薄聚乙烯亚胺薄膜(ut-PEI薄膜)：将表面经过紫外线和臭氧处理的带有透明电极的柔性高分子衬底放置于镂空的清洗花篮中，在溶液浓度为0.1～3wt％的聚乙烯亚胺前驱液中浸泡10min以上，取出后用聚乙烯亚胺前驱液的溶剂反复冲洗三次以上，用氮气枪吹干表面；将带有透明电极的柔性高分子衬底转移到加热台上，在80～120℃下退火10min；待带有透明电极的柔性高分子衬底冷却后，用移液枪将20～50μl的SnO2溶液均匀涂在带有透明电极的柔性高分子衬底上，静置2～5min后开始旋涂；调节转速在3000rpm～5000rpm内，设定旋转时间为20～40s，再转移到加热台上在80～120℃下退火20～40min；步骤2.3、在透明电极表面采用喷涂工艺制备超薄聚乙烯亚胺薄膜(ut-PEI薄膜)：在清洗完毕且表面经过紫外线和臭氧处理的带有透明电极的柔性高分子衬底上，用溶液浓度为0.1-3wt％的聚乙烯亚胺前驱液使用喷涂法制备超薄聚乙烯亚胺钝化层；然后用聚乙烯亚胺前驱液的溶剂反复冲洗三次，用氮气枪吹干表面；将带有透明电极的柔性高分子衬底转移到加热台上，在80～120℃下退火10min；待带有透明电极的柔性高分子衬底冷却后，用移液枪将20～50μl的SnO2溶液均匀涂在带有透明电极的柔性高分子衬底上，静置2～5min后开始本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于柔性电子传输层构建的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，钙钛矿太阳能电池的内部结构从下到上依次为：带有透明电极的柔性高分子衬底、柔性电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层和顶部金属电极；所述带有透明电极的柔性高分子衬底中柔性高分子衬底在下，透明电极在上；所述柔性电子传输层为聚乙烯亚胺层修饰的二氧化锡电子传输层，所述聚乙烯亚胺层为超薄聚乙烯亚胺薄膜；所述柔性电子传输层中超薄聚乙烯亚胺薄膜在下，二氧化锡电子传输层在上；超薄聚乙烯亚胺薄膜位于透明电极和二氧化锡电子传输层之间。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于柔性电子传输层构建的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，钙钛矿太阳能电池的内部结构从下到上依次为：带有透明电极的柔性高分子衬底、柔性电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层和顶部金属电极；所述带有透明电极的柔性高分子衬底中柔性高分子衬底在下，透明电极在上；所述柔性电子传输层为聚乙烯亚胺层修饰的二氧化锡电子传输层，所述聚乙烯亚胺层为超薄聚乙烯亚胺薄膜；所述柔性电子传输层中超薄聚乙烯亚胺薄膜在下，二氧化锡电子传输层在上；超薄聚乙烯亚胺薄膜位于透明电极和二氧化锡电子传输层之间。


2.根据权利要求1所述基于柔性电子传输层构建的钙钛矿太阳能电池，其特征在于：所述二氧化锡电子传输层的厚度约为20～30nm，二氧化锡电子传输层中采用的二氧化锡为颗粒状纳米粒子，粒径约为4nm；超薄聚乙烯亚胺薄膜的厚度为1～3nm。


3.根据权利要求1所述基于柔性电子传输层构建的钙钛矿太阳能电池，其特征在于：
所述柔性高分子衬底为柔性的PET高分子基底或PEN高分子基底；柔性高分子衬底在近紫外、可见光和近红外区范围内均有较高的透过率，平整度高，对高温的长期耐受性高；
所述透明电极为ITO结构或OMO结构的透明导电电极，在近紫外、可见光和近红外区范围内均有较高的透过率；透明导电电极具有高导电性、低粗糙度和高稳定性；
所述带有透明电极的柔性高分子衬底为ITO-PEN、ITO-PET、OMO-PEN、OMO-PET或OMO-Paper；
所述顶部金属电极选用Au或Ag。


4.一种如权利要求1所述柔性电子传输层的成膜工艺，其特征在于，具体包括如下步骤：
步骤1、制备聚乙烯亚胺前驱液：将一定量的聚乙烯亚胺溶于溶剂中，令聚乙烯亚胺前驱液中聚乙烯亚胺的含量在0.1～3wt％之间；
步骤2、使用溶液法在透明电极表面采用旋涂、浸涂或喷涂工艺制备超薄聚乙烯亚胺薄膜；执行步骤2.1、步骤2.2或步骤2.3；
步骤2.1、在透明电极表面采用旋涂工艺制备超薄聚乙烯亚胺薄膜：
步骤2.1.1、将表面经过紫外线和臭氧处理的带有透明电极的柔性高分子衬底置于匀胶机的蜂窝状吸盘上，用移液枪将聚乙烯亚胺前驱液均匀涂在带有透明电极的柔性高分子衬底上，静置2～5min后开始进行步骤2.1.2中的旋涂操作；
步骤2....

【专利技术属性】
技术研发人员：寿春晖，叶继春，杨熹，盛江，王增桂，张永强，闫宝杰，丁莞尔，
申请(专利权)人：浙江浙能技术研究院有限公司，中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江;33