一种基于PbCl制造技术

本发明专利技术提供一种基于氯化铅(PbCl

【技术实现步骤摘要】
一种基于PbCl2缓冲层的钙钛矿薄膜及其制备方法和应用
本专利技术属于太阳能电池
，具体涉及一种基于氯化铅(PbCl2)界面缓冲层的钙钛矿薄膜及其制备方法和应用。
技术介绍
太阳能电池是一种利用光生伏特效应将光能转换为电能的器件。其中新型的钙钛矿太阳能电池以其吸收层材料优异的光电性质、制备工艺简单多样、成本低等优势，受到人们的广泛关注。甲脒铅碘(FAPbI3)钙钛矿材料因其具有优异的带隙、良好的热稳定性、较高的光吸收系数、更长的载流子扩散长度等优势，被广泛用于制备高效稳定钙钛矿太阳能电池中。提高钙钛矿太阳能电池能量转换效率的关键在于薄膜质量的优化，因此许多成膜的方法被开发用于高质量钙钛矿薄膜的制备。钙钛矿薄膜已经开发多种方法制备，其中最常见的方法是溶液法。一般就是将碘化甲脒(FAI)前驱体溶液旋涂在预先沉积有碘化铅(PbI2)的湿润薄膜上，并随后进行热退火形成黑相FAPbI3薄膜。这种溶液法制备的FAPbI3薄膜在热退火过程中难以控制结晶速率，溶剂的快速挥发会使得薄膜表面产生许多孔洞，使得薄膜连续性较差，不利于大面积制备，而大面积制备是钙钛矿太阳能电池实现商业化应用的关键因素之一。相比于溶液法，气相沉积法能够制备出更均匀、更致密的光滑钙钛矿薄膜，这样的薄膜对于大面积制备钙钛矿太阳能电池十分重要，可以有效避免电子传输层和空穴传输层之间短路引起器件整体性能下降。此外，气相沉积法不需要溶剂，因此它是可以在多层堆叠中和敏感基板上沉积钙钛矿薄膜的理想方法，这对于制备叠层太阳能电池和柔性太阳能电池具有重大意义。目前，HenkJ.Bolink等人通过气相沉积法制备FAPbI3钙钛矿太阳能电池的效率只有13％左右(Gil-Escrig,L.,etal.,ACSEnergyLetters(2020)5(9),3053-3061.)。此外，Johnston等人采用气相沉积制备钙钛矿太阳能电池，通过调控基板温度，获得了大晶粒尺寸的薄膜。但是，该调控方法需要复杂且高成本的温控系统，并且有机源在低温下易富集在界面处，阻碍电荷传输(Lohmann,K.B.,etal.,ACSEnergyLett(2020)5(3),710)。因此，亟需一种对气相沉积制备FAPbI3钙钛矿薄膜的优化手段，使得基于该手段制备的钙钛矿太阳能电池具有较高的光电转换效率。
技术实现思路
针对
技术介绍
所存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种基于氯化铅(PbCl2)界面缓冲层的钙钛矿薄膜及其制备方法和应用。本专利技术通过采用气相沉积方法先制备一层氯化铅(PbCl2)界面缓冲层，用于辅助FAPbI3钙钛矿薄膜的成膜，从而解决使用蒸镀法制备钙钛矿薄膜并基于该薄膜制备得到的太阳能电池光伏性能较差的问题，有利于钙钛矿太阳能电池的产业化。为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种基于PbCl2界面缓冲层的钙钛矿薄膜，其特征在于，包括PbCl2界面缓冲层和位于PbCl2界面缓冲层表面的钙钛矿薄膜，所述钙钛矿薄膜为纯相的FAPbI3钙钛矿薄膜，为采用气相沉积方法制备得到。进一步地，所述钙钛矿薄膜的厚度为450～650nm，所述氯化铅界面缓冲层的厚度为3～8nm。一种基于PbCl2界面缓冲层的钙钛矿薄膜的制备方法，包括以下步骤：步骤1.以PbCl2粉末作为蒸发源，采用气相沉积法在基底表面沉积PbCl2缓冲层；步骤2.以FAI和PbI2作为蒸发源，采用双源共蒸法在步骤1得到的PbCl2缓冲层表面沉积FAPbI3层；步骤3.将步骤2制备的均匀薄膜在空气中进行退火处理，退火温度为150～170℃，退火时间为20～40min，即可得到所需的钙钛矿薄膜。进一步地，步骤1和步骤2沉积过程中基底均保持匀速转动。进一步地，步骤1中沉积PbCl2过程中基底温度为25～35℃，步骤2中沉积FAPbI3过程中基底温度为75～95℃。进一步地，步骤1中PbCl2的沉积速率为PbCl2缓冲层厚度为3～8nm。进一步地，步骤2中双源共蒸法过程中FAI和PbI2的摩尔比为1∶1，FAPbI3层的厚度为450～650nm。本专利技术还提供了上述方法制备得到的基于PbCl2界面缓冲层的钙钛矿薄膜在钙钛矿太阳能电池中的应用。钙钛矿太阳能电池的制备方法包括以下步骤：清洗透明导电薄膜基底，在基底表面采用真空蒸镀法沉积C60电子传输层；然后采用真空蒸镀法在电子传输层表面制备PbCl2界面缓冲层，再沉积制备FAPbI3钙钛矿薄膜层；在钙钛矿薄膜层表面旋涂制备空穴传输层；最后在所述空穴传输层表面蒸镀制备金属电极层。进一步地，所述电子传输层的厚度为15～25nm；所述空穴传输层的厚度为80～120nm。本专利技术的机理为：PbCl2缓冲层在热退火过程中会与有机组分碘化甲脒(FAI)产生离子交换反应，Cl离子在生成产物中以FACl形式挥发，在此过程中Cl离子可以延缓并辅助钙钛矿薄膜的结晶过程，防止有机组分残留并吸附在界面上；同时PbCl2缓冲层使FAPbI3钙钛矿表现出更纯净的黒相，结晶性明显改善，薄膜质量得到显著增强，使得FAPbI3钙钛矿表现出更加优异的光电特性和更有效的电荷传输效果，最终使其效率有了明显提升。综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：1.本专利技术通过在制备FAPbI3钙钛矿薄膜之前先制备一层PbCl2界面缓冲层，使得制备的钙钛矿薄膜具有良好的电荷传输效率，从而提升FAPbI3钙钛矿太阳能电池的能量转换效率，可达15.6％。2.本专利技术采用气相沉积法制备的FAPbI3钙钛矿薄膜为纯相钙钛矿薄膜，其相应吸光光谱范围更宽，能够对300～840nm波长范围的光产生光电响应；并且整个制备均采用气相沉积法，制备的薄膜质量更高，有利于实现大面积制备，加快钙钛矿太阳能电池的商业化发展。附图说明图1为本专利技术实施例1制得钙钛矿薄膜的X射线衍射图。图2为本专利技术实施例1制得钙钛矿薄膜的稳态光致发光光谱图。图3为本专利技术实施例1制得钙钛矿薄膜的时间分辨光致发光光谱图。图4为本专利技术实施例2制得钙钛矿太阳能电池的器件结构图。图5为本专利技术实施例2制得钙钛矿太阳能电池的电流密度-电压曲线图。图6为本专利技术实施例3制得钙钛矿太阳能电池的器件效率分布图。图7为对比例1制得钙钛矿薄膜的X射线衍射图。图8为对比例1制得钙钛矿薄膜的稳态光致发光光谱图。图9为对比例1制得钙钛矿薄膜的时间分辨光致发光光谱图。图10为对比例2制得钙钛矿太阳能电池的电流密度-电压曲线图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合实施方式和附图，对本专利技术作进一步地详细描述。实施例1一种基于PbCl2界面缓冲层的钙钛矿薄膜的制备方法，包括以下步骤：步骤1.称取PbCl2粉末、FAI和碘化铅作为蒸发源，分别放置于坩埚中，然后放入蒸发炉内；并将清洗好的基底置于真空腔内的样品架上，关闭仓本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于PbCl

【技术特征摘要】
1.一种基于PbCl2界面缓冲层的钙钛矿薄膜，其特征在于，包括PbCl2界面缓冲层和位于PbCl2界面缓冲层表面的钙钛矿薄膜，所述钙钛矿薄膜为纯相FAPbI3钙钛矿薄膜，所述纯相FAPbI3钙钛矿薄膜采用气相沉积方法制备得到。


2.如权利要求1所述的基于PbCl2界面缓冲层的钙钛矿薄膜，其特征在于，钙钛矿薄膜的厚度为450～650nm，氯化铅界面缓冲层的厚度为3～8nm。


3.一种基于PbCl2界面缓冲层的钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1.以PbCl2粉末作为蒸发源，采用气相沉积法在基底表面沉积PbCl2缓冲层；
步骤2.以FAI和PbI2作为蒸发源，采用双源共蒸法在步骤1得到的PbCl2缓冲层表面沉积FAPbI3层；
步骤3.将步骤2制备的均匀薄膜在空气中进行退火处理，退火温度为150～170℃，退火时间为20～40min，即可得到所需的钙钛矿薄膜。


4.如权利要求3所述的钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，步骤1和步骤2沉积过程中基底均保持匀速转动。


5.如权利要求3所述的钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，步骤1中沉积...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘明侦，方达富，王铭，李发明，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51