一种钙钛矿层制备方法、太阳能电池及组件技术

本发明专利技术提供了一种钙钛矿层的制备方法，包括：在衬底上通过物理气相沉积形成纳米无机钙钛矿薄膜；使所述钙钛矿薄膜晶化形成钙钛矿籽晶层；使所述钙钛矿籽晶层在钙钛矿混合溶液中生长成钙钛矿层前体；对所述钙钛矿层前体进行第一退火处理，形成钙钛矿层。并且提供了相应的钙钛矿层、钙钛矿太阳能电池、钙钛矿层太阳能电池组件。本申请提供的钙钛矿层的制备方法及其制备的钙钛矿层，钙钛矿层中晶体尺寸获得明显改善、保形覆盖、无针孔结构、离子空位缺陷极少，明显提高制得器件的稳定性，尤其是当钙钛矿溶液为有机无机钙钛矿溶液时，可以明显提高制备的钙钛矿太阳能电池的开路电压、转换效率。率。

【技术实现步骤摘要】
一种钙钛矿层制备方法、太阳能电池及组件


[0001]本申请涉及光伏
，特别是涉及一种钙钛矿层的制备方法、太阳能电池及组件。

技术介绍

[0002]钙钛矿太阳电池光电转换效率已达到25.5％，成为极具潜力的太阳电池技术。钙钛矿太阳电池具有高转换效率、简单制备工艺以及低成本潜力等诸多优势。通过对A为阳离子及X位阴离子的种类及含量控制，可获得带隙为1.2
‑
2.5eV的钙钛矿吸收层。此外，具有宽带隙、高吸收系数、高短波光谱响应的钙钛矿吸收层可与窄带隙太阳电池构成叠层结构太阳电池，实现光谱的分配吸收，降低载流子弛豫引起的能量损失，提升太阳电池光能到电能的转换效率。当前，钙钛矿电池/硅基异质结电池叠层电池已获得29.5％的光电转换效率，是未来低成本高效太阳电池主流技术。
[0003]在钙钛矿太阳电池中，钙钛矿层的质量极大的决定了电池器件的光电转换效率。因此，控制及提升钙钛矿膜层质量是获得高效钙钛矿太阳电池的重要的方法及主要途径。当下制备钙钛矿薄膜的主要方法可分为蒸镀法及溶液法，通过旋涂钙钛矿层溶液，进一步通过退火处理实现溶剂去除以及钙钛矿晶粒生长获取具有光活性的钙钛矿膜层。
[0004]如，传统的钙钛矿或钙钛矿/硅叠层电池制备方法如图1所示：
[0005]步骤001：准备衬底，衬底一般包括为TCO(ITO/FTO)导电玻璃或硅底电池等；
[0006]步骤002：制备第一载流子收集层，材料包括C60、PCBM、SnO2等，厚度为10
‑
100nm，可采用蒸镀、旋涂、刮涂、狭缝涂覆等实现成膜；
[0007]步骤003：通过旋涂或涂布获得无机钙钛矿层，制备钙钛矿无机前驱层。材料包括碘化铅、氯化铅、溴化铅、氯化铅、碘化铯、溴化铯、氯化铯、碘化铷等，厚度为350～500nm。可通过蒸镀、旋涂、刮涂、狭缝涂覆等实现成膜；或将配置的MAPbI3、FAPbI3、(Cs
0.15
FA
0.85
)Pb(I
0.7
Br
0.3
)3等钙钛矿的前驱体混合溶液直接沉积在衬底表面，直接获得厚度为350
‑
500nm的钙钛矿膜层；
[0008]步骤004：引入有机阳离子，材料包括甲胺碘、甲胺溴、甲醚碘、甲醚溴、甲胺氯、甲醚氯等，浓度为0.5
‑
0.7mol/ml可通过蒸镀、旋涂、刮涂、狭缝涂覆等实现成膜；
[0009]步骤005：制备第二载流子收集层，材料包括Sprio
‑
OMeTAD、Sprio
‑
TTB、TATM、氧化镍等，厚度设定为10
‑
100nm；特别的，第一载流子收集层和第二载流子收集层位置可以互换。
[0010]步骤006：制备电极，材料包括金、银、铜等，可通过蒸镀、溅射等方法实现成膜。
[0011]又如，通常采用溶液法制作钙钛矿层。制作钙钛矿层时，一般会在衬底上涂覆钙钛矿前驱溶液，然后采用烘干等手段使溶质结晶析出，形成钙钛矿层。
[0012]在上述现有技术方案中，最终形成的较小的钙钛矿晶粒增加了晶界数复合中心，从而降低钙钛矿器件的Voc及FF值。此外，退火过程中溶剂的快速挥发及晶粒的快速生长导致晶体中存在较多的点空位缺陷(I/Br)等，不仅影响载流子的传输及收集，同时空位的存
在会进一步诱导离子迁移，进而降低了器件的稳定性。且，通过溶液法在衬底上直接形成钙钛矿薄膜时，不平整衬底会导致膜层厚度不均匀从而在较薄处易形成针孔薄膜，从而导致器件的漏电流增大，引起器件效率降低。

技术实现思路

[0013]为解决现有技术中的问题，尤其是为了替代上述现有技术中步骤003、步骤004中制备钙钛矿层的方法，本申请提供了一种新的钙钛矿层的制备方法，以及提供了相应的钙钛矿层、钙钛矿太阳能电池、钙钛矿层太阳能电池组件。本专利技术技术方案如下：
[0014]1、一种钙钛矿层的制备方法，包括：
[0015]在衬底上通过物理气相沉积形成纳米无机钙钛矿薄膜；
[0016]使所述钙钛矿薄膜晶化形成钙钛矿籽晶层；
[0017]使所述钙钛矿籽晶层在钙钛矿混合溶液中生长成钙钛矿层前体；
[0018]对所述钙钛矿层前体进行第一退火处理，形成钙钛矿层。
[0019]2、根据项1所述的方法，在衬底上通过物理气相沉积形成纳米级无机钙钛矿薄膜包括：
[0020]将无机钙钛矿研磨后制成钙钛矿多晶粉末，通过压制钙钛矿粉末获得钙钛矿靶材；
[0021]通过物理气相沉积，使所述钙钛矿靶材在所述衬底上形成所述无机钙钛矿薄膜；所述物理气相沉积优选为磁控溅射法。
[0022]3、根据项1或2所述的方法，所述无机钙钛矿薄膜的厚度为10～100nm，优选为20～50nm。
[0023]4、根据项2所述的方法，所述无机钙钛矿包括CsPbI3和CsPbBr3，所述CsPbI3与CsPbBr3的摩尔比为(0.70～0.95)：(0.05～0.30)。
[0024]5、根据项1所述的方法，在晶化之前，对所述钙钛矿薄膜进行有机胺盐卤化物原位反应处理。
[0025]6、根据项5所述的方法，所述有机胺盐卤化物原位反应处理包括：
[0026]对所述无机钙钛矿薄膜进行有机胺盐卤化物蒸汽原位反应；或，
[0027]将所述无机钙钛矿薄膜浸入有机胺盐卤化物溶液中进行原位反应。
[0028]7、根据项6所述的方法，有机胺盐卤化物包括有机阳离子和卤素阴离子，所述有机阳离子包括甲胺阳离子和甲脒阳离子中的至少一种，所述卤素阴离子包括氯离子、溴离子和碘离子中的至少一种。
[0029]8、根据项6所述的方法，在所述无机钙钛矿薄膜浸入有机胺盐卤化物溶液中进行原位反应中，所述有机胺盐卤化物为FAI、MABr，所述有机胺盐卤化物溶液浓度为0.2～0.7M，生成的钙钛矿籽晶层为有机无机杂化的Cs
x
MA
y
FA1‑
x
‑
y
Pb(Br
y
I1‑
x
‑
y
)3。
[0030]9、根据项2所述的方法，使所述钙钛矿薄膜晶化形成所述钙钛矿籽晶层的方法为：在100℃～300℃下进行第二退火处理20～60分钟，优选为在170℃退火45分钟。
[0031]10、根据项1～9中任一项所述的方法，所述钙钛矿混合溶液为Cs
x
MA
y
FA1‑
x
‑
y
Pb(Br
y
I1‑
x
‑
y
)3钙钛矿混合溶液，其中，x＝0.03～0.5，y＝0～0.5，混合溶液浓度为1.2～2.1M。
[0032]11、根据项1所述的方法，使所述钙钛矿籽晶层在钙钛矿混合溶液中生长成钙钛矿
层前体为：将所述钙钛矿籽晶层浸入钙钛矿本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钙钛矿层的制备方法，其特征在于，包括：在衬底上通过物理气相沉积形成纳米无机钙钛矿薄膜；使所述钙钛矿薄膜晶化形成钙钛矿籽晶层；使所述钙钛矿籽晶层在钙钛矿混合溶液中生长成钙钛矿层前体；对所述钙钛矿层前体进行第一退火处理，形成钙钛矿层。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在衬底上通过物理气相沉积形成纳米级无机钙钛矿薄膜包括：将无机钙钛矿研磨后制成钙钛矿多晶粉末，通过压制钙钛矿粉末获得钙钛矿靶材；通过物理气相沉积，使所述钙钛矿靶材在所述衬底上形成所述无机钙钛矿薄膜；所述物理气相沉积优选为磁控溅射法。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述无机钙钛矿薄膜的厚度为10～100nm，优选为20～50nm。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述无机钙钛矿包括CsPbI3和CsPbBr3，所述CsPbI3与CsPbBr3的摩尔比为(0.70～0.95)：(0.05～0.30)。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在晶化之前，对所述钙钛矿薄膜进行有机胺盐卤化物原位反应处理。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述有机胺盐卤化物原位反应处理包括：对所述无机钙钛矿薄膜进行有机胺盐卤化物蒸汽原位反应；或，将所述无机钙钛矿薄膜浸入有机胺盐卤化物溶液中进行原位反应。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，有机胺盐卤化物包括有机阳离子和卤素阴离子，所述有机阳离子包括甲胺阳离子和甲脒阳离子中的至少一种，所述卤素阴离子包括氯离子、溴离子和碘离子中的至少一种。8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述无机钙钛矿薄膜浸入有机胺盐卤化物溶液中进行原位反应中，所述有机胺盐卤化物为FAI、MABr，所述有机胺盐卤化物溶液浓度为0.2～0.7M，生成的钙钛矿籽晶层为有机无机杂化的Cs
x
MA
y
FA1‑
x
‑
y
Pb(Br
y
I1‑
x
‑
y
)3。9.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，使所述钙钛矿薄膜晶化形成所述钙钛矿籽晶层的方法为：在100℃～...

【专利技术属性】
技术研发人员：何永才，顾小兵，杨莹，丁蕾，张华，谢红刚，董鑫，何博，
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：