一种钙钛矿薄膜电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种钙钛矿薄膜电池及其制备方法，包括以下制备步骤：1)将带有顶电极的基底清洗，对顶电极层的表面处理，得到表面张力大于40达因的带有顶电极层的基底层；2)在基底层上的顶电极层表面涂布电子传输层；3)在电子传输层表面涂布无机层和有机层，有机层和无机层反应生成钙钛矿吸光层；4)在钙钛矿吸光层表面涂布空穴传输层；5)在空穴传输层表面印刷或蒸镀背电极；本发明专利技术提供的一种制备钙钛矿薄膜电池及其制备方法，工艺窗口较宽，工艺可重复性和稳健性较好，有利于规模化生产。有利于规模化生产。有利于规模化生产。

【技术实现步骤摘要】
一种钙钛矿薄膜电池及其制备方法


[0001]本专利技术涉及太阳能电池
，具体涉及一种钙钛矿薄膜电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]钙钛矿太阳能电池经过短短几年的发展，其性能已经超过了近十年来太阳能电池中使用的半导体化合物(如CdTe和CIGS(铜铟镓硒))的最高效率。钙钛矿薄膜可以通过简单且廉价的溶液涂布工艺制备，在商业化太阳能电池上有着巨大的潜力。
[0003]传统的钙钛矿薄膜的制备工艺涉及到溶剂挥发和钙钛矿结晶同时进行又相互影响，工艺窗口要求严格，工艺可重复性和稳健性差，容易产生均匀性差及孔洞等问题，不利于规模化生产。

技术实现思路

[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术提出了一种钙钛矿薄膜电池及其制备方法，工艺窗口较宽，工艺可重复性和稳健性较好，有利于规模化生产。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术的技术方案如下：
[0006]一种制备钙钛矿薄膜电池的制备方法，包括以下制备步骤：
[0007]1)将带有顶电极的基底清洗，对顶电极层的表面处理，得到表面张力大于40达因的带有顶电极层的基底层；
[0008]2)在基底层上的顶电极层表面涂布电子传输层；
[0009]3)在电子传输层表面涂布无机层和有机层，有机层和无机层反应生成钙钛矿吸光层；
[0010]4)在钙钛矿吸光层表面涂布空穴传输层；
[0011]5)在空穴传输层表面印刷或蒸镀背电极。
[0012]本专利技术提供的一种钙钛矿薄膜电池及其制备方法，工艺窗口较宽，工艺可重复性和稳健性较好，有利于规模化生产。
[0013]在上述技术方案的基础上，还可做如下改进：
[0014]作为优选的方案，步骤1)中的顶电极层为铟锡氧化物半导体透明导电膜、SnO2薄膜或银纳米线膜层中的任一种，步骤1)中的基底为玻璃、云母片或石英中的任一种。
[0015]作为优选的方案，步骤1)中的将带有顶电极层基底清洗的步骤为用含有洗洁精的水溶液将其表面擦拭干净，然后浸泡于丙酮中超声10
‑
40min，再浸泡于异丙醇中超声10
‑
40min；将清洗后的带有顶电极层的基底表面处理的步骤为将清洗好的带有顶电极层的基底进行等离子体表面处理，处理后得到表面张力大于40达因的带有顶电极层的基底层。
[0016]作为优选的方案，步骤2)中的电子传输层为SnO2层，在带有顶电极层的基底层上的顶电极层表面涂布SnO2层包括以下工艺步骤：配制纳米SnO2胶体分散液，纳米SnO2胶体分散液固含量为0.5％
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5％，在顶电极层表面涂布纳米SnO2胶体分散液，然后在100
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150℃温度下加热干燥10
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20min得到厚度为30
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100nmSnO2层。
[0017]作为优选的方案，步骤3)中无机层为PbI2层，在电子传输层上涂布PbI2层包括以下工艺步骤：将PbI2粉末溶于N，N
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二甲基甲酰胺：二甲基亚砜的体积比为9∶1的混合溶剂中，配制成固含量30
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50％的混合溶液，再加入和PbI2质量比不高于1∶100的双十二烷基二甲基溴化铵，在40℃温度下搅拌至完全溶解，得到PbI2层混合液；在电子传输层表面涂布PbI2层混合液，涂布后将涂片加热至30
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60℃，热风干燥，干燥风温60
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110℃，风速30
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100m/s，PbI2完全干燥后加热至60
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100℃退火0.5
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30min，得到厚度为500
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800nm的PbI2层。
[0018]作为优选的方案，步骤3)中有机层为甲脒氢碘酸盐层，在PbI2层表面涂布甲脒氢碘酸盐层包括以下工艺步骤：将FAI粉末溶于异丙醇配制成80
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150mg/ml的溶液，再添加质量分数为5
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25％的甲基溴化胺和质量分数为0.1
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10％的苯乙基氯化胺，40℃下搅拌至完全溶解，在PbI2层表面涂布甲脒氢碘酸盐层。
[0019]作为优选的方案，步骤3)中有机层和无机层反应生成钙钛矿吸光层包括以下工艺步骤：FAI层按照和PbI2层厚度比为1.5∶1
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2.5∶1进行涂布，FAI层和PbI2层反应生成钙钛矿吸光层，然后加热，加热温度为90
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110℃，颜色不再变化后将加热温度改成120
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150℃退火15
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20min。
[0020]作为优选的方案，步骤4)中空穴传输层为3
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己基噻吩的聚合物层，在钙钛矿吸光层上涂布3
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己基噻吩的聚合物层包括以下工艺步骤：将3
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己基噻吩的聚合物粉末溶于氯苯配制成浓度5
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20mg/ml的溶液，在温度为50℃下搅拌12h得到3
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己基噻吩的聚合物层混合料，在钙钛矿吸光层表面涂布3
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己基噻吩的聚合物层混合料，干燥后得到厚度为30
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80nm的3
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己基噻吩的聚合物层。
[0021]作为优选的方案，步骤5)中背电极为金属电极或碳电极中任一种或两种的复合电极。
[0022]本专利技术还公开了一种钙钛矿薄膜电池，包括：基底层，在所述基底层上从下到上依次设有顶电极层、电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输层和背电极层。
附图说明
[0023]图1为本专利技术实施例提供的一种钙钛矿薄膜电池的结构图；
[0024]其中：1.基底层，2.顶电极层，3.电子传输层，4.钙钛矿吸光层，5.空穴传输层，6.背电极层。
具体实施方式
[0025]下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0026]下面结合附图详细说明本专利技术的优选实施方式。
[0027]为了达到本专利技术的目的，如图1所示，本实施例中的一种钙钛矿薄膜电池，包括：基底层，在所述基底层上从下到上依次设有顶电极层、电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输层和背电极层。
[0028]本专利技术还公开了一种制备钙钛矿薄膜电池的制备方法，包括以下制备步骤：
[0029]1)将带有顶电极层的基底清洗，具体清洗步骤为用含有洗洁精的水溶液将基底表面擦拭干净，然后浸泡于丙酮中超声10
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40min，再浸泡于异丙醇中超声10
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40min，对顶电极层的表面进行处理，得到表面张力大于40达因的带有顶电极层的基底层，具体处理方法为将清洗好的顶电极层表面进行等离子体表面处理，使其表面张力大于40达因，顶电极层为铟锡氧化物本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钙钛矿薄膜电池的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：1)将带有顶电极的基底清洗，对顶电极层的表面处理，得到表面张力大于40达因的带有顶电极层的基底层；2)在基底层上的顶电极层表面涂布电子传输层；3)在电子传输层表面涂布无机层和有机层，有机层和无机层反应生成钙钛矿吸光层；4)在钙钛矿吸光层表面涂布空穴传输层；5)在空穴传输层表面印刷或蒸镀背电极。2.根据权利要求1所述的钙钛矿薄膜电池的制备方法，其特征在于，步骤1)中的顶电极层为铟锡氧化物半导体透明导电膜、SnO2薄膜或银纳米线膜层中的任一种，步骤1)中的基底为玻璃、云母片或石英中的任一种。3.根据权利要求1所述的钙钛矿薄膜电池的制备方法，其特征在于，步骤1)中的将带有顶电极层基底清洗的步骤为用含有洗洁精的水溶液将其表面擦拭干净，然后浸泡于丙酮中超声10
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40min，再浸泡于异丙醇中超声10
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40min；将清洗后的带有顶电极层的基底表面处理的步骤为将清洗好的带有顶电极层的基底进行等离子体表面处理，处理后得到表面张力大于40达因的带有顶电极层的基底层。4.根据权利要求1所述的钙钛矿薄膜电池的制备方法，其特征在于，步骤2)中的电子传输层为SnO2层，在带有顶电极层的基底层上的顶电极层表面涂布电子传输层包括以下工艺步骤：配制纳米SnO2胶体分散液，纳米SnO2胶体分散液固含量为0.5％
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5％，在顶电极层表面涂布纳米SnO2胶体分散液，然后在100
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150℃温度下加热干燥10
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20min得到厚度为30
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100nmSnO2层。5.根据权利要求1所述的钙钛矿薄膜电池的制备方法，其特征在于，步骤3)中无机层为PbI2层，在电子传输层上涂布PbI2层包括以下工艺步骤：将PbI2粉末溶于N，N
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二甲基甲酰胺：二甲基亚砜的体积比为9∶1的混合溶剂中，配制成固含量30
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50％的混合溶液，再加入和PbI2质量比不高于1∶100的双十二烷基二甲基溴化铵，在40℃温度下搅拌至完全溶解，得到PbI2层混合液；在电子传输层表面涂布PbI2层混合液，涂布后将涂片加热至30
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60℃，热风干燥，干燥风温60
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【专利技术属性】
技术研发人员：郑永强，张宇，高辉，欧阳俊波，韩长峰，冯宗宝，钱磊，张德龙，
申请(专利权)人：江苏集萃分子工程研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：