用于钙钛矿太阳能模块的快速混合化学气相沉积制造技术

本文描述了用于执行快速混合化学气相沉积的系统和方法。在一个实施方式中，将第一类型的前体材料沉积在基板上。基板被放置在加热装置的接受器中，该加热装置被配置为向该接受器的至少一部分提供热量。将第二类型的前体材料放置在该加热装置的该接受器中，使得该有机化合物比该基板更靠近该加热装置的气源。创建通过该加热装置的该接受器的气流。该加热部件用于导致包括该基板和该第二类型的前体材料的该接受器的一部分被加热。在该加热过程期间，该第二类型的前体材料的至少一部分被沉积在该第一类型的前体材料的至少一部分上。在该第一类型的前体材料的至少一部分上。在该第一类型的前体材料的至少一部分上。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于钙钛矿太阳能模块的快速混合化学气相沉积


[0001]本公开涉及用于制造钙钛矿太阳能电池的化学气相沉积技术。

技术介绍

[0002]本部分中所描述的方法是可以采用的方法，但不一定是先前设想或采用的方法。因此，除非另外指明，否则不应假定本部分中描述的任何方法仅仅因为它们包含在本部分中就有作为现有技术的资格。进一步，不应假定本部分中所描述的任何方法仅仅因为它们包含在本部分中就是已被充分理解、惯例或常规的。
[0003]钙钛矿作为一种低成本材料，将小面积(0.09cm2)单结太阳能电池的性能提高了高达25.2％，并且当假设1m2模块具有20％的效率和>15年的使用寿命时，预计均化发电成本(levelized cost of electricity,LCOE)低至3.5美分/kWh(相比之下，电网电力的LCOE为7.04
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11.90美分/kWh并且c
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Si太阳能电池的LCOE为9.78
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19.33美分/kWh)，并且这超过了美国能源部(US Department of Energy)2030年住宅太阳能5美分/kWh的目标。最近，越来越多的工作专注于钙钛矿太阳能模块(perovskite solar module,PSM)的可扩展制造，以将所需性能从小面积电池转移至大面积模块。然而，小面积电池与大面积模块之间仍存在较大差距。
[0004]为了实现可扩展制造，关键指标是按比例放大时的性能衰减率。对于成熟的光伏技术(例如，结晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、CdTe太阳能电池)，绝对性能衰减率为约0.8％/数十面积增加。如果钙钛矿光伏技术可以实现相同的衰减率，则面积为约1000cm2的模块当从最先进的小面积电池(25.2％ PCE，电池面积为0.0937cm2)按比例放大时的功率转换效率(power conversion efficiency,PCE)将预计为约22％。目前报告的此类大尺寸PSM的最高PCE是在指定面积为802cm2时为16.1％。为了减少小面积电池与大面积模块之间的巨大PCE差距，需要用于钙钛矿和其他功能层(例如，电子传输层(electron transport layer,ETL)、空穴传输层(hole transport layer,HTL)、电极和界面改性)的可扩展制造方法。对于钙钛矿太阳能电池(perovskite solar cell,PSC)的可扩展制造，已经报道了基于溶液的方法和基于蒸汽的方法，所述方法包括刮涂、狭缝式涂布、喷涂、热蒸发和混合化学气相沉积(hybrid chemical vapor deposition,HCVD)。
[0005]与基于溶液的方法相比，HCVD因为其诸如在大面积上的均匀沉积、低成本、无溶剂以及易于与其他薄膜太阳能技术(例如，薄膜硅太阳能电池)以形成串联太阳能电池集成的优点而是一种有前途的方法。目前，小面积电池与大面积模块之间的衰减率为1.3％/数十面积增加，此正在接近其他成熟的光伏技术。HCVD是一种两步沉积方法。在第一步骤中，通过热蒸发、喷涂或旋涂来沉积无机前体材料(例如，PbI2、PbCl2、CsI等)。在第二步骤中，将有机前体材料(例如，FAI、MAI、MABr等，其中FA是甲脒并且MA是甲铵)在CVD管式炉的第一加热区中升华，随后由气流(例如，N2、Ar、或干燥空气)朝向第二加热区驱动，在该第二加热区中有机前体蒸汽与预沉积在基板上的无机前体发生反应，从而导致钙钛矿膜生长。基于压力和区域温度，可以开发各种HCVD技术来制造钙钛矿膜，包括常压HCVD、低压HCVD、单区
HCVD和双区HCVD。然而，所有的HCVD方法通常都需要相对较长的处理时间(2～3小时)，这严重限制了大面积太阳能电池制造的大规模生产能力。如何缩短沉积时间是HCVD进一步发展所需要解决的挑战之一。此外，已经发现较长的沉积时间对诸如SnO2和TiO2的ETL具有不利影响，这会降低太阳能模块的性能。此外，还观察到这种ETL层与钙钛矿层之间的未优化界面的滞后行为。附加的缓冲层例如C60的使用通过减少真空退火对ETL的负面影响而提高了经HCVD处理的太阳能电池的性能。然而，这个附加的层增加了沉积过程的成本和复杂性。

技术实现思路

[0006]所附权利要求书可用作本公开的
技术实现思路
。
附图说明
[0007]图1描绘了平面钙钛矿太阳能电池的示例性结构。
[0008]图2描绘了用于生成钙钛矿膜的示例性装置。
[0009]图3描绘了示例性快速混合化学气相沉积方法。
具体实施方式
[0010]在以下描述中，出于解释的目的，阐述了许多具体细节以提供对本专利技术的透彻理解。然而，将明显的是可以在没有这些具体细节的情况下实践本专利技术。在其他情况下，众所周知的结构和装置以框图形式示出以避免不必要地模糊本专利技术。
[0011]总体概述
[0012]在一个实施方式中，一种用于制造钙钛矿膜的方法包括：在基板上沉积第一类型的前体材料；将该基板放置在加热装置的接受器中，该加热装置包括被配置为向该接受器的至少一部分提供热量的加热部件；将第二类型的前体材料放置在该加热装置的该接受器中，使得该第二类型的前体材料比该基板更靠近该加热装置的气源；创建穿过该加热装置的该接受器的气流；使用该加热部件，导致包括该基板和该第二类型的前体材料的该接受器的一部分被加热；其中在加热过程期间，该第二类型的前体材料的至少一部分被沉积在该基板上的该第一类型的前体材料的至少一部分上。
[0013]在一个实施方式中，该加热装置包括冷却部件，并且该方法进一步包括，在完成该加热过程之后，使用该冷却部件，导致包括该基板的该接受器的一部分被冷却。在一个实施方式中，该冷却部件包括风扇、干冰或提供经冷却的干燥空气流的方法中的一者或多者。在一个实施方式中，该加热部件包括红外加热部件。在一个实施方式中，该加热部件或该冷却部件中的一者或多者可相对于该接受器机械移动并且移动到分别导致加热或冷却性能的位置。
[0014]在一个实施方式中，该第二类型的前体材料包括碘化甲脒、甲基碘化铵、甲基溴化铵或溴化甲脒。在一个实施方式中，无机前体材料包括包含CsI和PbI2的层。在一个实施方式中，包含CsI和PbI2的层是通过共蒸发、喷涂、刮涂或旋涂沉积的。在一个实施方式中，加热装置进一步包括真空泵和真空计，并且其中该方法进一步包括使用真空泵和真空计在加热过程期间控制接受器的真空水平。
[0015]在一个实施方式中，加热装置包括接受器，该接受器被配置为将无机前体材料保
持在基板和有机化合物上；加热部件，该加热部件被配置为加热包括该基板和该有机化合物的该接受器的至少一部分以导致在该基板上产生钙钛矿层；真空计，该真空计被配置为测量该接受器的真空水平；和真空泵，该真空泵被配置为在该接受器中创建至少部分真空。在一个实施方式中，该加热部件包括红外加热部件。在一个实施方式中，该加热部件可相对于该接受器机械地移动。在一个实施方式中，该加本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种制造钙钛矿太阳能电池的方法，所述方法包括：在基板上沉积第一类型的前体材料；将所述基板放置在加热装置的接受器中，所述加热装置包括：加热部件，所述加热部件被配置为向所述接受器的至少一部分提供热量；将第二类型的前体材料放置在所述加热装置的所述接受器中，使得所述第二类型的前体材料比所述基板更靠近所述加热装置的气源；创建通过所述加热装置的所述接受器的气流；使用所述加热部件，导致所述包括所述基板和所述第二类型的前体材料的接受器的一部分被加热；其中在加热过程期间，所述第二类型的前体材料的至少一部分被沉积在所述基板上的所述第一类型的前体材料的至少一部分上。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述加热装置包括冷却部件，其中所述方法进一步包括在完成所述加热过程之后，使用所述冷却部件，导致所包括所述基板的述接受器的一部分被冷却。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述冷却部件包括一个或多个风扇、干冰或经冷却的干燥空气流。4.根据权利要求2或3所述的方法，其中所述冷却部件可相对于所述接受器机械地移动，并且其中导致所述接受器的包括所述基板的所述部分被冷却，包括将所述冷却部件移动到启动所述冷却部件的位置，导致所述接受器的包括所述基板的所述部分被冷却。5.根据权利要求1所述的方法，其中所述加热部件包括红外加热部件。6.根据权利要求1或5所述的方法，其中所述加热部件可相对于所述接受器机械地移动，并且其中导致所述接受器的包括所述基板和所述第二类型的前体材料的所述部分被加热，包括将所述加热部件移动到启动所述加热部件的位置，导致所述接受器的包括所述基板和所述第二类型的前体材料的所述部分被加热。7.根据权利要求1所述的方法，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：戚亚冰，丘龙斌，何思斯，大野路易斯勝也，
申请(专利权)人：学校法人冲绳科学技术大学院大学学园，
类型：发明
国别省市：