一种真空沉积法制备的全无机传输层钙钛矿太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术属于太阳能电池技术领域，具体为一种真空沉积法制备的全无机传输层钙钛矿太阳能电池及其制备方法，特别涉及柔性基底钙钛矿太阳电池结构及制备方法。本发明专利技术的柔性基底钙钛矿太阳电池依次包括金属栅线、透明导电薄膜(TCO)、无机电子传输层、钙钛矿层、无机空穴传输层、背电极和柔性衬底；本发明专利技术制备的钙钛矿太阳电池电荷传输层采用无机材料，相对有机材料更加稳定，环境耐受度更高，完全采用真空法制备可实现钙钛矿太阳能电池的卷到卷大面积高通量的工业化生产，很好的解决了钙钛矿太阳能电池在产业化方面遇到的诸多问题，如钙钛矿稳定性差，大面积电池效率低等问题。大面积电池效率低等问题。大面积电池效率低等问题。

【技术实现步骤摘要】
一种真空沉积法制备的全无机传输层钙钛矿太阳能电池及其制备方法


[0001]本专利技术属于太阳能电池
，特别涉及真空沉积法柔性大面积钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]柔性光伏电池具有轻质，连续的卷对卷加工性，易于加工，易于储存，处理，运输和安装等方面的优势在众多如可穿戴电子产品，便携式充电器，远程电源，汽车，飞行物等新兴领域具有巨大的潜在应用价值。高效钙钛矿太阳能电池主要使用基于溶液的工艺制备。基于溶液的处理，如果在大面积空气中进行并使用良性溶剂，则可以是非常经济的生产方法。另一方面，基于真空的沉积技术具有较高的初始成本，但是在高产量下，设备的折旧成为总光伏模块成本的一小部分。事实上，真空沉积是电子和光伏工业中广泛使用的技术。此外，这有利于柔性或串联装置结构。全真空沉积的钙钛矿器件将提供与温度敏感的基板兼容的额外优点，允许在非平面基板上的保形涂层以及直接实现到串联太阳能电池，钙钛矿太阳电池电荷传输层采用无机材料，相对有机材料更加稳定，环境耐受度更高。另外，真空处理是电子技术中的既定技术。工业上表现出高吞吐量和高可靠性，半导体的溶液处理可以是真空沉积的廉价替代品，然而，加工成本的影响在整体模块价格上非常有限，这主要受材料成本的影响。由于在真空工艺中不使用(有毒)溶剂，因此可以获得致密的膜层。

技术实现思路

[0003]为解决现有技术中存在的问题，本专利技术的目的是提供一种真空沉积法制备的全无机传输层钙钛矿太阳能电池及其制备方法该太阳能电池利用真空技术在柔性衬底上制备，具有大面积、卷到卷、高通量的特点。
[0004]本专利技术的目的通过以下技术方案实现：
[0005]所述真空沉积法制备的全无机传输层钙钛矿太阳能电池从正面至背面依次包括金属栅线、透明导电薄膜(TCO)、无机电子传输层、钙钛矿层、无机空穴传输层、背电极、柔性衬底。
[0006]所述柔性衬底为PI、不锈钢箔、钛箔、铝箔等金属箔以及飞艇蒙皮材料等弯曲的柔性材料，优选金属箔。
[0007]所述金属栅线可为蒸镀的银栅线、层压耦合的银线、丝网印刷的银栅线和铜、金等材料。优选层压耦合的银线。
[0008]所述透明导电薄膜(TCO)为FTO、ITO、AZO、IWO、纳米金属网格、纳米银线、ITO/Ag/ITO、纳米金属网+ITO、纳米银线+ITO等一种或多种叠层构成，其中优选ITO。
[0009]所述无机电子传输层的材料为无机物，可使用磁控溅射技术、真空热蒸发技术制备电子传输层薄膜。其中无机物材料包括为为LiF、MgF、TiO
x
、SnO
x
、Nb2O5、MgO、WO3、TiNO、NbNO、ZrO、HfO、V2O5、TaO等过渡金属氧化物、过渡金属氮化物和过渡金属氟化物中的一种或
两种以上。
[0010]所述钙钛矿层采用真空热蒸发技术分别蒸发沉积一层或交替二到十层的FAI(甲脒氢碘酸盐CH4N2·
HI)、MAI、FACl、MACl(CH3NH3Cl甲基氯化铵)、MABr(甲基溴化铵CH3NH3Br)、MAAc(CH3NH3Ac(Ac＝CH3COO)甲胺乙酸盐)、醋酸铵、甲脒氢醋酸盐、FABr(NH＝CH
‑
NH3Br甲脒溴盐)碘化铅、二碘化锡、二溴化锡、氯化铅、溴化铅、碳酸铯、碘化锌、碘化铯、溴化铯、氯化铯等钙钛矿前驱体材料等前驱体材料，然后经退火形成钙钛矿薄膜。
[0011]所述无机空穴传输层材料为无机物，无机空穴传输层(5)为GaP、NiO、CoO、MoOx、WOx、VOx、Cr2O3、含Cu的化合物和含过渡金属的可作为空穴传输层的无机化合物。
[0012]真空沉积法制备的全无机传输层钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：
[0013]步骤一，在柔性不锈钢衬底上制备透明导电层(TCO)或是金属电极；
[0014]步骤二，将沉积有TCO和金属电极的柔性衬底放入真空设备中，利用磁控溅射技术或真空热蒸发技术制备无机空穴(电子)传输层；
[0015]步骤三，在真空条件下利用真空热蒸发技术将PbI和MAI等前驱体材料交替沉积在电子传输层之上，PbI和FAI可交替沉积多次；
[0016]步骤四，将沉积完前驱体材料的样品进行加热退火，使其生成钙钛矿吸收层，退火温度控制在100
‑
200摄氏度；退火时间在15
‑
150min.
[0017]步骤五，在钙钛矿表面利用利用磁控溅射技术或真空热蒸发技术制备无机电子(空穴)传输层；
[0018]步骤六，在电子传输层表面利用真空热蒸发或磁控溅射技术制备TCO透明导电薄膜。
[0019]步骤七，制备金属栅线。
[0020]无机空穴传输层和无机电子传输层采用无机材料可以提高电池的稳定性，及实现电池的全真空大面积的制备。
[0021]本专利技术的一种真空沉积法制备的全无机传输层钙钛矿太阳能电池及其制备方法，具有以下优点：
[0022](1)薄膜和基体选材广泛，薄膜厚度可进行控制，以制备具有各种不同功能的功能性薄膜。
[0023](2)在真空条件下制备薄膜，环境清洁，薄膜不易受到污染，因此可获得致密性好、纯度高和涂层均匀的薄膜。
[0024](3)薄膜与基体结合强度好，薄膜牢固。
[0025](4)干式镀膜既不产生废液，也无环境污染
[0026](5)电子传输层采用全无机材料更加稳定
附图说明
[0027]图1.为本专利技术中真空沉积法制备的全无机传输层钙钛矿太阳能电池结构示意图，其中1为金属栅线、2透明导电薄膜(TCO)、3为无机电子传输层、4为钙钛矿层、5为无机空穴传输层、6为背电极、7为柔性衬底。
具体实施方式
[0028]下面结合附图和实施例(此处以n
‑
i
‑
p结构为例)来对本专利技术做进一步说明。
[0029]如图1，本专利技术提供的一种真空蒸发法制备钙钛矿太阳电池的电池结构，从电池的正面至背面包括：金属栅线1，透明导电薄膜(TCO)2，无机电子传输层3、钙钛矿层4、无机空穴传输层5、背电极6、柔性衬底7。
[0030]本专利技术提供的一种真空沉积法制备的全无机传输层钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤:
[0031]步骤一，在柔性不锈钢衬底上制备透明导电层(TCO)或是金属电极；
[0032]步骤二，将沉积有TCO和金属电极的柔性衬底放入真空设备中，利用磁控溅射技术或真空热蒸发技术制备无机空穴(电子)传输层；
[0033]步骤三，在真空条件下利用真空热蒸发技术将PbI和MAI等前驱体材料交替沉积在电子传输层之上，PbI和FAI可交替沉积多次；
[0034]步骤四，将沉积完前驱体材料的样品进行加热退火，使其生成钙钛矿吸收层，退火温度控制在100
‑
200摄氏度；退火时间在15
‑
150min.
[0035]步骤五本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种真空沉积法制备的全无机传输层钙钛矿太阳能电池，其特征在于：所述太阳能电池依次包括金属栅线(1)、透明导电薄膜层(TCO)(2)、无机电子传输层(3)、钙钛矿层(4)、无机空穴传输层(5)、背电极(6)、柔性衬底(7)；所述无机电子传输层(3)和无机空穴传输层(5)的材料为无机物。2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于：所述柔性衬底为聚酰亚胺PI、不锈钢箔、钛箔、铝箔中的一种或者飞艇蒙皮材料；优选不锈钢箔、钛箔、铝箔中的一种。3.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于：所述金属栅线(1)为系列中的一种：蒸镀的银栅线、层压耦合的银线、丝网印刷的银栅线或铜、金；优选层压耦合的银线。4.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于：所述透明导电薄膜层(TCO)(2)为FTO、ITO、AZO、IWO、纳米金属网格、纳米银线、ITO/Ag/ITO、纳米金属网+ITO、纳米银线+ITO中的一种或两种以上构成；其中优选ITO。5.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于：所述无机电子传输层(3)采用磁控溅射技术、真空热蒸发技术制备；所述无机电子传输层(3)为LiF、MgF、TiO
x
、SnO
x
、Nb2O5、MgO、WO3、TiNO、NbNO、ZrO、HfO、V2O5、TaO等过渡金属氧化物、过渡金属氮化物和过渡金属氟化物中的一种或两种以上。6.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于：所述钙钛矿层(4)采用真空热蒸发技术分别蒸发沉积一层或交替二到十层的FAI(甲脒氢碘酸盐CH4N2·
HI)、MAI、FACl、MACl(CH3NH3Cl甲基氯化铵)、MABr(甲基溴化铵CH3NH3Br)、MAAc(CH3NH3Ac(Ac...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘生忠，焦玉骁，王辉，冯江山，曹越先，姜箫，王立坤，杜敏永，段连杰，王开，孙友名，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：