预制功能层灵活匹配层压的钙钛矿太阳电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种预制功能层灵活匹配层压的钙钛矿太阳电池及其制备方法,该发明专利技术预先制备电极层、电荷传输层和钙钛矿层，通过层压方式将各功能层压制成完整的钙钛矿太阳电池。与现有技术相比，本发明专利技术提供的制备方法可实现各功能层独立制备，避免各层之间溶剂、温度等制备条件的相互影响，提高电池结构的可选择性；同时通过层压方法，钙钛矿各层直接接触的更加紧密，增强界面电荷传输，提高钙钛矿太阳电池光电性能。光电性能。

【技术实现步骤摘要】
预制功能层灵活匹配层压的钙钛矿太阳电池及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种太阳能电池，尤其是涉及一种预制功能层灵活匹配层压的钙钛矿太阳电池及其制备方法，属于太阳能光伏应用领域。

技术介绍

[0002]有机无机杂化钙钛矿太阳电池在近年内发展迅速，其光电转换效率已提升至25％以上，具有广阔的应用前景和商业化潜力，是半导体材料和能源化学领域的研究前沿之一。
[0003]目前，最常用的制备方法包括旋涂法、刮涂法、真空蒸镀法，狭缝涂布等是最为常用的钙钛矿太阳电池功能层制备方法，但是在以上方法制备的钙钛矿薄膜上通常采用较温和的条件制备电荷传输层和电极，严重限制了电池的结构多样性和材料的选择性，使钙钛矿太阳电池成本昂贵。本专利技术采用层压预先制备好的功能层制备电池的方式将打破技术壁垒，更容易制备成本低、高效率、高稳定性的钙钛矿太阳电池。
[0004]另外，金属电极、金属氧化物电极是常用的电极，通常采用真空热蒸发法和磁控溅射法，蒸发速率和温度等条件对基底薄膜影响较大，造成电极和传输层或者电极和钙钛矿层的界面接触不好，影响载流子传输，进而影响电池的性能。尤其是在制备透明电池时，常规溅射ITO的温度通常在200℃以上，远高于钙钛矿薄膜的承受温度，有研究者采取一种70℃温和加热溅射的方式制备应用于钙钛矿太阳电池的ITO薄膜，但是不能避免沉积过程中对底层钙钛矿薄膜和传输层的溅射损坏。
[0005]现有的层压法制备钙钛矿太阳电池的技术中(CN109888110A、CN114930560A)，采用两个钙钛矿半电池的钙钛矿薄膜直接接触并层压来制备完整钙钛矿。该方法会导致两层钙钛矿薄膜界面处晶格不匹配，形成反偏的同质结或异质结，在界面处形成载流子复合导致电荷的提取和传输性能变差。本专利技术预先制备完成电池中的钙钛矿层，结晶好，有利于钙钛矿薄膜拥有较高的光吸收能力、较低的缺陷态密度等优质光电特性，有利于提高钙钛矿太阳电池的光电性能和稳定性。

技术实现思路

[0006]为了解决现有技术中存在的缺陷，本专利技术公开一种预制功能层灵活匹配层压的钙钛矿太阳电池制备方法，其技术方案如下：
[0007]一种预制功能层灵活匹配层压的钙钛矿太阳电池,其特征在于：钙钛矿太阳电池预制功能层包括：透明导电基底层A、电子传输层B1及其支撑层、空穴传输层及其支撑层B2、钙钛矿层及其支撑层C、顶电极及其支撑层D；钙钛矿太阳电池基本结构为透明导电基底层A/钙钛矿层及其支撑层C/顶电极及其支撑层D，在此结构基础上，层A和层C之间可选择性加入层B1、层B2中的任一层；当在层A和层C之间加入层B1时，则层C和层D之间可加入层B2或者不加；当在层A和层C之间加入层B2时，则层C和层D之间加入B1或者不加。
[0008]本专利技术还公开一种预制功能层灵活匹配层压的钙钛矿太阳电池制备方法，其特征为，包括如下步骤：
[0009]步骤1：清洗PDMS基底：PDMS基底依次用乙醇、异丙醇超声清洗1次，每次10
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30分钟，超声震荡去除表面附着杂质，获得洁净PDMS基底，洗净后用氮气吹干，得到洁净的PDMS基底，作为制备电子传输层、空穴传输层、钙钛矿层和顶电极层的支撑层。
[0010]步骤2：在PDMS薄膜上制备电子传输层、空穴传输层、钙钛矿层、电极层。制备方法分别为：电子传输层：在PDMS薄膜上制备金属氧化物电子传输层，厚度为10～80nm，电子传输层材料为n型金属氧化物Cu2O、ZnO、SnO2、Fe2O3、TiO2、ZrO2、CoO、WO3、In2O3、Al2O3、Fe3O4中的任一种，方法为旋涂法、水浴法、真空热蒸发法、原子层沉积法、磁控溅射法中的任一种；
[0011]空穴传输层：在PDMS薄膜上制备金属氧化物空穴传输层，厚度为100
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300nm，空穴传输层材料为p型金属氧化物为氧化镍、氧化钼、氧化铬、氧化亚铜、氧化亚铅、氧化亚钴、氧化亚银中的任一种，方法为旋涂法、水浴法、真空热蒸发法、原子层沉积法、磁控溅射法中的任一种；
[0012]钙钛矿层：钙钛矿层厚度为400
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1000nm；钙钛矿材料为ABX3，其中，A包括FA+、MA+、Cs+，B包括Pb2+、Sn2+，X包括I
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、Br
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、Cl
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，钙钛矿层的制备方法为旋涂法、真空热蒸发法、刮刀涂布法、喷墨打印法中的任一种；进一步地，除真空热蒸发法外，其他三种制备方法的溶剂为DMF与DMSO的混合液，DMF与DMSO的体积比为3:1
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5:1；
[0013]顶电极层：在PDMS薄膜上制备金属或者金属氧化物电极层，电极层厚度为50
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200nm；金属电极包括Au、Ag、Cu、Al中的任一种，金属氧化物材料为FTO、ITO中的任一种；方法为真空热蒸发法、磁控溅射法、原子层沉积法中的任一种。
[0014]步骤3：清洗导电玻璃基底，导电玻璃基底材料为FTO、ITO中的任一种；基底依次用去离子水、乙醇、丙酮、乙醇、去离子水、异丙醇超声清洗1次，每种清洗液工作时间10
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30分钟，超声震荡去除表面附着杂质，获得洁净导电玻璃基底，洗净后用氮气吹干，得到洁净的导电玻璃基底。
[0015]步骤4：将步骤2中得到的功能层按照所需结构进行选择并堆叠，进行热压处理，可选择全部堆叠后在最上面电极上施加压力，也可以每组装一层就热压一次，层层组装；加热温度在90～150℃之间，施加压强在5～500MPa之间，热压时间在5～60min之间。
[0016]步骤5：将步骤4中得到的热压后的电池冷却后置于非极性或弱极性溶剂中浸泡或超声清洗2h，以去除PDMS；溶剂包括饱和烃类或苯等一类化合物，如甲苯、四氯化碳、二氯乙烷、正己烷等；最终得到钙钛矿太阳电池。
[0017]有益效果：
[0018]本专利技术在可去除模板上分别预先制备钙钛矿各功能层，可排除制备过程中的相互负面影响。
[0019]本专利技术采用层压的方法装配得到不同功能的钙钛矿太阳电池，可根据实际需求灵活决定钙钛矿太阳电池是否包含电荷传输层(电荷传输层包括电子传输层和空穴传输层)以及两种传输层的位置(A/C层之间或者C/D层之间)和各层材料选择，减少电池优化时间成本。
[0020]本专利技术采用层压方法使钙钛矿太阳电池各层紧密结合，获得良好的能级匹配和界面接触，有利于电荷的分离、提取和传输，进而得到光电性能和稳定性优异的电池器件。
附图说明
[0021]图1为本专利技术钙钛矿太阳电池J
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V曲线。
具体实施方式
[0022]实施例1
[0023]此次制备钙钛矿太阳电池同时具有电子传输层和空穴传输层。电池结构：导电基底/电子传输层/钙钛矿层/空穴传输层/电极(A/B1/C/B2/D)。FTO为基底，SnO2为电子传输层材料，钙钛矿体系为Cs0.05FA0.8MA0.15Pb(I0.84Br0.16)3，空穴传输层氧化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.钛矿太阳电池预制功能层包括：透明导电基底层A、电子传输层B1及一种预制功能层灵活匹配层压的钙钛矿太阳电池,其特征在于：钙其支撑层、空穴传输层及其支撑层B2、钙钛矿层及其支撑层C、顶电极及其支撑层D；钙钛矿太阳电池基本结构为透明导电基底层A/钙钛矿层及其支撑层C/顶电极及其支撑层D，在此结构基础上，层A和层C之间可选择性加入层B1、层B2中的任一层；当在层A和层C之间加入层B1时，则层C和层D之间可加入层B2或者不加；当在层A和层C之间加入层B2时，则层C和层D之间加入B1或者不加。2.一种预制功能层灵活匹配层压的钙钛矿太阳电池的制备方法，其特征为，包括如下步骤：步骤1：清洗聚二甲基硅氧烷PDMS基底；清洗方法选择超声波震动法，清洗液选择乙醇、异丙醇，每种清洗液工作时间10
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30分钟，洗净后用氮气吹干，作为制备电子传输层、空穴传输层、钙钛矿层和电极层的支撑层；步骤2：预制钙钛矿太阳电池功能层；在步骤1获得的洁净PDMS支撑层上分别设置各功能层，所述各功能层包括电子传输层、空穴传输层、钙钛矿层、顶电极层；步骤3：清洗导电玻璃基底；导电玻璃基底材料为FTO、ITO中的任一种，清洗液为去离子水、乙醇、丙酮、异丙醇，方法为超声波震动法，每种清洗液工作时间10
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30分钟，洗净后用氮气吹干，作为钙钛矿太阳电池的底电极层；步骤4：将获得的各功能层及其支撑层按照权利要求1所述预制功能层灵活匹配层压的钙钛矿太阳电池结构进行选择并在步骤3所述导电玻璃基底上进行堆叠，对各层进行统一热压处理或按照堆叠顺序分别热压；步骤5：将步骤4获得样品中的PDMS模板去除；选择非极性溶剂或弱极...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙天歌，杜淑贤，闫路遥，雷肖，瞿树杰，刘冬雪，刘家梁，杨静，崔鹏，尚子雅，董一昕，李美成，李英峰，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：