一种钙钛矿薄膜的制作方法、太阳能电池和叠层电池技术

本发明专利技术公开一种钙钛矿薄膜的制作方法、太阳能电池和叠层电池，涉及光伏技术领域，以解决现有技术中溶液法制备钙钛矿层时钙钛矿溶液会沉积在绒面结构谷底，导致电池出现短路的问题，以及真空蒸镀法中有机组分难以与致密的无机组份反应的问题。所述钙钛矿薄膜的制作方法包括：提供一基底，所述基底的表面具有绒面结构；在具有绒面结构的所述基底上形成金属卤化物骨架层，所述金属卤化物骨架层共形覆盖所述绒面结构；在具有绒面结构的所述金属卤化物骨架层上随形形成钙钛矿光吸收层。本发明专利技术提供的钙钛矿薄膜的制作方法用于制作太阳能电池。的钙钛矿薄膜的制作方法用于制作太阳能电池。的钙钛矿薄膜的制作方法用于制作太阳能电池。

【技术实现步骤摘要】
一种钙钛矿薄膜的制作方法、太阳能电池和叠层电池


[0001]本专利技术涉及光伏
，尤其涉及一种钙钛矿薄膜的制作方法、太阳能电池和叠层电池。

技术介绍

[0002]叠层太阳能电池是将具有宽带隙的顶部电池和具有窄带隙的底部电池串联形成的太阳能电池。与单结太阳能电池相比，叠层太阳能电池对光子的能量利用地更全面，因此效率更高。
[0003]目前，在钙钛矿
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硅基叠层太阳能电池中，制作钙钛矿层的常用方法有溶液法和真空蒸镀法。在绒面结构上采用溶液法制备的钙钛矿层容易沉积到绒面结构谷底，导致绒面结构的塔尖未能被完全覆盖，难以形成完整的钙钛矿薄膜，进而出现短路现象。真空蒸镀法一般分两步进行，先在硅基底具有的绒面结构上蒸镀一层400nm左右的碘化铅层，再将有机组分涂布在碘化铅层上。形成的碘化铅层太过致密，有机组分很难与内部的碘化铅反应，导致残余的碘化铅较多，钙钛矿层成膜质量差。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种钙钛矿薄膜的制作方法、太阳能电池和叠层电池，解决了现有技术中溶液法制备钙钛矿层时钙钛矿溶液会沉积在绒面结构谷底，导致电池出现短路的问题，以及真空蒸镀法中有机组分难以与致密的无机组份反应的问题。
[0005]第一方面，本专利技术提供一种钙钛矿薄膜的制作方法，包括：
[0006]提供一基底，基底的表面具有绒面结构；
[0007]在具有绒面结构的基底上形成金属卤化物骨架层，金属卤化物骨架层共形覆盖绒面结构；
[0008]在具有绒面结构的金属卤化物骨架层上随形形成钙钛矿光吸收层。
[0009]采用上述技术方案的情况下，在具有绒面结构的基底上形成一层可以共形地覆盖住绒面结构地金属卤化物骨架层，然后在具有绒面结构的金属卤化物骨架层上随形形成一层钙钛矿光吸收层。所形成的金属卤化物骨架层起到锚定作用，使得后续形成的钙钛矿光吸收层可以随着绒面结构的起伏而形成一层钙钛矿薄膜。与现有技术相比，本专利技术提供的钙钛矿薄膜的制作方法所制备的钙钛矿光吸收层不仅完全覆盖住整个绒面结构，避免了短路现象的发生，而且随形贴合在绒面结构上，保证了绒面结构良好的陷光效应和减反效应。除此之外，在本专利技术提供的钙钛矿薄膜的制作方法中，先形成的金属卤化物骨架层可以在之后形成钙钛矿成分时与有机组分完全反应，使得形成的钙钛矿光吸收层组分均匀，提高了成膜质量。
[0010]在一种可能的实现方式中，金属卤化物矿骨架层的厚度范围为5nm
‑
15nm。
[0011]采用上述技术方案的情况下，与现有技术相比，本专利技术中的金属卤化物骨架层的厚度仅有5nm
‑
15nm，在后续与有机组分发生反应时，极薄的金属卤化物骨架层可以直接被
有机组分溶液渗透，并与其完全发生反应，避免了现有的具有几百纳米厚度的碘化铅层在与有机胺组分反应时过于致密，以至于内部的碘化铅难以参与反应而残留的问题发生，使得最终形成的钙钛矿光吸收层成膜质量较好。
[0012]在一种可能的实现方式中，在具有绒面结构的基底上形成金属卤化物骨架层包括：在具有绒面结构的基底上蒸镀金属卤化物，形成金属卤化物骨架层。
[0013]采用上述技术方案的情况下，可以在具有绒面结构的基底上蒸镀一层薄薄的金属卤化物，形成金属卤化物骨架层。预先蒸镀形成的金属卤化物骨架层相当于一层种子层，将金字塔完全覆盖，便于后续的钙钛矿光吸收层在绒面结构上随形成膜，避免了现有技术中直接采用一步溶液法导致的绒面结构覆盖不全面，电池短路等现象的发生。此外，采用真空蒸镀技术来制备的金属卤化物骨架层，可以均匀地贴合在绒面结构上。
[0014]在一种可能的实现方式中，金属卤化物为卤化铅、卤化铯和卤化铷中的至少一种。
[0015]采用上述技术方案的情况下，形成的金属卤化物骨架层可以由卤化铅、卤化铯和卤化铷中的一种构成，也可以由卤化铅、卤化铯和卤化铷中的多种组合构成。金属卤化物可以为钙钛矿光吸收层提供无机组分作为形成的原料之一，将卤化铯和/或卤化铷与卤化铅共蒸形成金属卤化物骨架层，可以对形成的钙钛矿光吸收层进行带隙调节，以便于在形成的钙钛矿薄膜应用在叠层电池中时和底电池进行带隙匹配。金属卤化物中的卤族元素可以为碘、氯、溴中的至少一种，故金属卤化物可以包括碘化铅、氯化铅、溴化铅、碘化铯、溴化铯、氯化铯和碘化铷等物质中的至少一种。
[0016]在一种可能的实现方式中，金属卤化物为卤化铅和卤化铯的混合物。卤化铅和卤化铯之间的摩尔比为2:0.1
‑
2:1。
[0017]采用上述技术方案的情况下，当金属卤化物为卤化铅和卤化铯的组合混合物时，其中的卤化铅和卤化铯之间的摩尔比可以为2:0.1
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2:1。在此摩尔比范围内的卤化铅和卤化铯，可以对带隙调节起到更好地作用，以获得带隙可调范围更广的电池。其中，卤化铯和卤化铅中的卤族元素均可以为碘、溴和氯中的至少一种。
[0018]在一种可能的实现方式中，在金属卤化物骨架层上随形形成钙钛矿光吸收层包括：
[0019]在具有绒面结构的金属卤化物骨架层上采用溶液法涂布钙钛矿前驱体溶液，形成钙钛矿光吸收层。
[0020]采用上述技术方案的情况下，在具有绒面结构的金属卤化物骨架层上采用一步溶液法涂布钙钛矿前驱体溶液来形成钙钛矿光吸收层。涂布的钙钛矿前驱体溶液会与预先蒸镀的金属卤化物骨架层接触并发生反应，在金属卤化物骨架层的位置处形核并结晶形成钙钛矿组分。基于此，采用一步溶液法制备的钙钛矿光吸收层就会分布在预先蒸镀的金属卤化物骨架层处，取代金属卤化物骨架层的位置，将整个基底完全覆盖，并随形地贴合在绒面结构上，解决了现有技术中采用溶液法制备钙钛矿光吸收层时，钙钛矿前驱体溶液会直接沉积到谷底致使绒面结构的顶部暴露造成的电池器件短路问题。
[0021]在一种可能的实现方式中，钙钛矿前驱体溶液的溶质为ABX3型结构。其中，A为包含Cs、FA和MA的三元混合阳离子。B为包括Pb的金属阳离子。X为包含I和Br的阴离子。钙钛矿前驱体溶液的溶剂包括N,N
‑
二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、N
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甲基吡咯烷酮、乙腈中的一种或多种。
[0022]采用上述技术方案的情况下，形成的钙钛矿光吸收层即为ABX3结构，其中的A为包含Cs、FA和MA在内的三元混合阳离子，B为包括Pb在内的金属阳离子，还可以为包含Sn在内的金属阳离子，X为包含I和Br在内的混合阴离子。在将钙钛矿前驱体溶液涂布在金属卤化物骨架上时，有机组分与金属卤化物发生反应生成钙钛矿组分。为了防止反应不完全，可以加入过量的作为无机组分的金属卤化物。在本专利技术提供的钙钛矿薄膜的制作方法中，可以通过对钙钛矿组分中的Cs和Br的比例进行调节来调节钙钛矿光吸收层的带隙宽度，使得在本专利技术应用在叠层电池中时，可以获得与底电池相匹配的带隙，从而得到更高效率的叠层电池，解决了现有技术中两步蒸镀法带隙调节困难的问题。在带隙调节时，A位离子的半径越大，则带隙越小；X位离子的半径越大，则带本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钙钛矿薄膜的制作方法，其特征在于，包括：提供一基底，所述基底的表面具有绒面结构；在具有绒面结构的所述基底上形成金属卤化物骨架层，所述金属卤化物骨架层共形覆盖所述绒面结构；在具有绒面结构的所述金属卤化物骨架层上随形形成钙钛矿光吸收层。2.根据权利要求1所述的钙钛矿薄膜的制作方法，其特征在于，所述金属卤化物矿骨架层的厚度范围为5nm
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15nm。3.根据权利要求1所述的钙钛矿薄膜的制作方法，其特征在于，所述在具有绒面结构的所述基底上形成金属卤化物骨架层包括：在具有绒面结构的所述基底上蒸镀金属卤化物，形成所述金属卤化物骨架层。4.根据权利要求3所述的钙钛矿薄膜的制作方法，其特征在于，所述金属卤化物为卤化铅、卤化铯和卤化铷中的至少一种。5.根据权利要求4所述的钙钛矿薄膜的制作方法，其特征在于，所述金属卤化物为卤化铅和卤化铯的混合物，所述卤化铅和所述卤化铯之间的摩尔比为2:0.1
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2:1。6.根据权利要求1所述的钙钛矿薄膜的制作方法，其特征在于，所述在所述金属卤化物骨架层上随形形成钙钛矿光吸收层包括：在具有绒面结构的所述金属卤化物骨架层上采用溶液法涂布钙钛矿前驱体溶液，形成所述钙钛矿光吸收层。7.根据权利要求6所述的钙钛矿薄膜的制作方法，其特征在于，所述钙钛矿前驱体溶液的溶质为ABX3型结构；其中，所述A为包含Cs、FA和M...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦媛，何博，王永磊，刘杨，
申请(专利权)人：西安隆基乐叶光伏科技有限公司，
类型：发明
国别省市：