钙钛矿膜层及其制备方法、制备系统和钙钛矿电池技术方案

本发明专利技术涉及太阳能电池技术领域，具体涉及一种钙钛矿膜层及其制备方法、制备系统和钙钛矿电池。钙钛矿膜层的制备方法，包括以下步骤：采用真空蒸镀的方式将蒸镀原料沉积在移动地钙钛矿基片的表面，形成第一膜层；在第一膜层的表面涂布有机盐的溶液或蒸镀所述有机盐，经过热处理，得到钙钛矿膜层；所述蒸镀原料采用线性蒸发源进行蒸镀；所述蒸镀原料包括第一原料，所述第一原料包括卤化铅。通过采用线性蒸发源制备第一原料骨架，骨架同时兼具适当的疏松多孔，大面积、均匀高的特点，然后采用有机盐的溶液渗透或者蒸镀有机盐，热处理后形成高质量钙钛矿薄膜；该方法可具有大面积均匀成膜，钙钛矿晶体纯度高且形貌可控，不依赖基底平整度等优点。度等优点。度等优点。

【技术实现步骤摘要】
钙钛矿膜层及其制备方法、制备系统和钙钛矿电池


[0001]本专利技术涉及太阳能电池
，具体而言，涉及一种钙钛矿膜层及其制备方法、制备系统和钙钛矿电池。

技术介绍

[0002]随着社会的不断发展，能源问题愈发引人注目，太阳能作为一种取之不尽、用之不竭的新型清洁能源，而混合卤化铅钙钛矿太阳能电池因其吸光系数高、载流子扩散长度长、带隙可调、光电转换效率高、成本低等优点而备受关注。短短几年内，钙钛矿太阳能电池的转换效率(PCE)从3.8％提高到25％以上，使其成为目前最有前途的薄膜太阳能电池之一。而钙钛矿太阳能电池的产业化首先需要解决大面积制备钙钛矿膜层的技术问题。
[0003]众所周知，钙钛矿太阳能电池的转换效率高度依赖于钙钛矿薄膜的质量。目前，有多种方法，如一步溶液法、共蒸法等。当前制备钙钛矿膜层的技术主要集中在一步溶液法，但由于液体本身具有流动性，钙钛矿结晶具有形核慢、结晶较快的特点，起初的钙钛矿薄膜是一层溶液薄膜，并且由于溶剂的高表面张力和不挥发特性。当溶剂挥发后会在在钙钛矿薄膜中获得许多多晶颗粒组装而成的直径约为10
‑
200微米的大“孤岛”。一个岛与另一个岛之间经常有很大的间隙，甚至导致钙钛矿膜不能完全覆盖基底。在较大粗糙度的基底表面制备钙钛矿薄膜易形成较大的孔洞，进而增加电池内部载流子复合的可能性，很难应用于类似于晶硅绒面基底，阻碍了后续的叠层电池的开发。并且大量的DMSO、DMF的溶剂挥发对人体有害，也会造成环境污染，不易实现绿色生产。而共蒸法，对与组分比例的精准控制要求较高，这对于设备的要求过高，增加不必要的成本，结构复杂，不易连续供料，拖慢生产节奏。
[0004]有鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0005]本专利技术的一个目的在于提供一种钙钛矿膜层的制备方法，以解决现有技术中的一步溶液法和共蒸法制备钙钛矿膜层存在的上述技术问题。
[0006]本专利技术的另一个目的在于提供一种所述所述的钙钛矿膜层的制备方法制备得到的钙钛矿膜层。该钙钛矿膜层具有大面积均匀成膜，钙钛矿晶体纯度高且形貌可控，不依赖基底平整度等优点。
[0007]本专利技术的另一个目的在于提供一种实施如上所述的钙钛矿膜层的制备方法所采用的系统。
[0008]本专利技术的另一个目的在于提供一种所述的钙钛矿电池，具有优异的电化学性能。
[0009]为了实现本专利技术的上述目的，特采用以下技术方案：
[0010]钙钛矿膜层的制备方法，包括以下步骤：
[0011]采用真空蒸镀的方式将蒸镀原料沉积在移动地钙钛矿基片的表面，形成第一膜层；在所述第一膜层的表面涂布有机盐的溶液或蒸镀所述有机盐，经过热处理，得到钙钛矿
膜层；
[0012]所述蒸镀原料采用线性蒸发源；
[0013]所述蒸镀原料包括第一原料，所述第一原料包括卤化铅。
[0014]在一种实施方式中，所述线性蒸发源位于所述钙钛矿基片所在平面的上方，且与所述所述钙钛矿基片平行。
[0015]在一种实施方式中，所述线性蒸发源的长度方向与所述钙钛矿基片的移动方向垂直。
[0016]在一种实施方式中，所述线性蒸发源的个数为一个或者多个。
[0017]在一种实施方式中，多个所述线性蒸发源中，相邻两个线性蒸发源之间的间距为3～10mm。
[0018]在一种实施方式中，所述卤化铅包括碘化铅、氯化铅和溴化铅中的至少一种。
[0019]在一种实施方式中，所述蒸镀原料还包括掺杂原料；所述掺杂原料包括铯盐。
[0020]在一种实施方式中，所述掺杂原料与所述第一原料的蒸镀速率之比为(1～99)：(1～4)。
[0021]在一种实施方式中，所述第一原料的蒸镀速率为1～500A/s。
[0022]在一种实施方式中，所述第一原料的蒸镀温度为300～650℃。
[0023]在一种实施方式中，所述真空蒸镀的真空度为0.9
×
10
‑4～1.1
×
10
‑4Pa。
[0024]在一种实施方式中，所述钙钛矿基片进行匀速移动，所述匀速移动的速率为1～30mm/s。
[0025]在一种实施方式中，所述钙钛矿基片在蒸镀的过程中进行双向循环移动；所述双向循环移动的循环次数为0.5～100次。
[0026]在一种实施方式中，所述有机盐包括MAI、FAI、MABr和MACl中的至少一种。
[0027]在一种实施方式中，所述热处理，具体包括：在145～155℃的条件下退火处理12～16min。
[0028]所述的钙钛矿膜层的制备方法制备得到的钙钛矿膜层。
[0029]实施如上所述的钙钛矿膜层的制备方法所采用的系统，包括第一膜层制备设备；
[0030]所述第一膜层制备设备包括载入腔室、蒸镀腔室和载出腔室；所述蒸镀腔室的入口端连接所述载入腔室，所述蒸镀腔室的出口端连接所述载出腔室；
[0031]沿所述蒸镀腔室的入口端至出口端的第一方向上，所述蒸镀腔室依次包括载入缓冲区、蒸镀区和往复行程缓冲区；
[0032]所述蒸镀腔室中设置有传送装置，所述传送装置用于传送所述钙钛矿基片；所述传送装置的传送方向与所述第一方向相同和/或相反；
[0033]所述蒸镀区中设置有一个或者多个线性蒸发源；所述线性蒸发源位于所述传送装置的上方。
[0034]钙钛矿电池，包括导电玻璃层、第一电荷传输层、钙钛矿膜层、第二电荷传输层和电极层；
[0035]所述钙钛矿膜层为如上所述的钙钛矿膜层的制备方法制备得到的钙钛矿膜层。
[0036]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0037](1)本专利技术是通过采用线性蒸发源制备第一原料骨架，骨架同时兼具适当的疏松
多孔，大面积、均匀高的特点，然后采用有机盐的溶液渗透或者蒸镀有机盐，热处理后形成高质量钙钛矿薄膜；线性蒸发源可大大提高蒸发速率，减少蒸发时间，提高工艺效率。
[0038](2)本专利技术钙钛矿膜层具有大面积均匀成膜、钙钛矿晶体纯度高且形貌可控、不依赖基底平整度等优点。
[0039](3)本发钙钛矿膜层的制备系统，可连续给料，实现连续生产，可改变的参数相对灵活，第一膜层表面形貌变化明显。
[0040](4)本专利技术的钙钛矿电池，具有优异的电化学性能。
附图说明
[0041]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0042]图1为本专利技术实施例1中的第一膜层的扫描电镜图；
[0043]图2为本专利技术实施例2中的第一膜层的扫描电镜图；
[0044]图3为本专利技术实施例3中的第一膜层的扫描电镜图；
[0045]图4为本专利技术实施例4中的第一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.钙钛矿膜层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：采用真空蒸镀的方式将蒸镀原料沉积在移动地钙钛矿基片的表面，形成第一膜层；在所述第一膜层的表面涂布有机盐的溶液或蒸镀所述有机盐，经过热处理，得到钙钛矿膜层；所述蒸镀原料采用线性蒸发源；所述蒸镀原料包括第一原料，所述第一原料包括卤化铅。2.根据权利要求1所述的钙钛矿膜层的制备方法，其特征在于，包含以下特征(1)～(4)中的至少一种：(1)所述线性蒸发源位于所述钙钛矿基片所在平面的上方，且与所述钙钛矿基片平行；(2)所述线性蒸发源的长度方向与所述钙钛矿基片的移动方向垂直；(3)所述线性蒸发源的个数为一个或者多个；(4)多个所述线性蒸发源中，相邻两个线性蒸发源之间的间距为3～10mm。3.根据权利要求1所述的钙钛矿膜层的制备方法，其特征在于，包含以下特征(1)～(3)中的至少一种：(1)所述卤化铅包括碘化铅、氯化铅和溴化铅中的至少一种；(2)所述蒸镀原料还包括掺杂原料；所述掺杂原料包括铯盐；(3)所述掺杂原料与所述第一原料的蒸镀速率之比为(1～99)：(1～4)。4.根据权利要求1所述的钙钛矿膜层的制备方法，其特征在于，包含以下特征(1)～(3)中的至少一种：(1)所述第一原料的蒸镀速率为1～500A/s；(2)所述第一原料的蒸镀温度为300～650℃；(3)所述真空蒸镀的真空度为0.9
×
10
‑4～1.1
×
10
‑4Pa。5.根据权利要求1所述的钙钛矿膜层的制备方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈寇成，吴俊杰，邵君，于振瑞，
申请(专利权)人：无锡极电光能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：