一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法，包括：对基底依次采用生活用水和玻璃清洗剂的混合液、生活用水、无水乙醇各超声清洗，再用氮气吹尘枪吹干，再通过紫外

【技术实现步骤摘要】
一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法


[0001]本专利技术属于新材料以及新能源
，具体涉及一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]有机无机杂化钙钛矿材料因其较大的吸收系数、可调控的带隙、较高的载流子迁移率、较长的载流子寿命以及低成本的溶液制备工艺等特点，在光电器件领域得到广泛的关注和应用。钙钛矿太阳能电池的光电转换效率在短短十几年内就从3.8％提高到了25.7％，可以和硅电池相媲美，被认为是下一代光伏产业的新星。然而，钙钛矿太阳能电池的商业化也面临着巨大的挑战。
[0003]目前，高性能的钙钛矿太阳能电池都是在实验室通过旋涂法制备的，这种方法是通过在较小的基底中央(一般不超过0.1cm2)滴加溶液，然后高速旋转基底，利用旋转产生的离心力将基底中央的溶液均匀地涂满整个基底，但是由于与圆心距离不同的位置的离心力不同，产生的薄膜表面也不均匀，这种方法并不适用于制备大面积钙钛矿太阳能电池。为此，业界已经开发了多种钙钛矿薄膜制备工艺如喷涂、喷墨打印、狭缝涂布以及刮刀涂布等来实现大面积钙钛矿器件的制备。其中，刮刀涂布技术由于有操作简单和材料利用率较高等特点，被广泛地应用于大面积钙钛矿太阳能电池的制备。Yehao Deng等在其发表的论文“Air
‑
Stable,Efficient Mixed
‑
Cation Perovskite Solar Cells with Cu Electrode by Scalable Fabrication of Active Layer”(Advanced Energy Materials,vol.6(11),pp.1600372,2016)中提供了一种基于刮刀涂布技术制备致密、晶粒均匀的钙钛矿FA
0.6
MA
0.4
PbI3薄膜的方法，基于反型结构(ITO/空穴传输层/钙钛矿层/电子传输层/电极)实现了一种印刷制备钙钛矿太阳能电池的方法；Jie Ding等在其发表的论文“Fully Air
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Bladed High
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Efficiency Perovskite Photovoltaics”(joule,vol.3(2),pp.402
‑
416,2019)中提供了一种氮气刮刀辅助低温沉积钙钛矿薄膜和太阳能电池的制备方法，该方法采用的刮刀涂布速度为50mm/s，并在空气的环境中制备钙钛矿薄膜和器件，实现了较大的晶粒尺寸和较长的载流子寿命，显著提升了钙钛矿薄膜质量。
[0004]但是，Yehao Deng等提出的方法，制备工艺中使用的刮刀涂布速度仅为7.5mm/s，其制备的钙钛矿薄膜质量较差，器件性能较低，且稳定性不高；Jie Ding等提出的方法，受环境湿度影响较大，薄膜仍存在较多的缺陷，导致器件性能和稳定性较差。同时，目前的刮刀涂布技术制备高性能钙钛矿太阳能电池的刮刀运行速度一般在50mm/s以下，这样较低的刮涂速率不但会影响钙钛矿太阳能电池的大规模商业化开展，同时也会增加工艺成本。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
[0006]第一方面，本专利技术实施例提供了一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括：
[0007]对基底依次采用生活用水和玻璃清洗剂的混合液、生活用水、无水乙醇各超声清洗，再用氮气吹尘枪吹干，再通过紫外
‑
臭氧装置处理；
[0008]在处理后的基底表面旋涂电子传输层；
[0009]将碘化铅、甲脒氢碘酸盐、甲基碘化胺、甲胺氯、碘化铯、碘化铷、L
‑
α
‑
磷脂酰胆碱和苯乙基氯化胺溶于N,N
‑
二甲基甲酰胺、二甲基亚砜和乙二醇单甲醚的混合液中，获得钙钛矿前驱体溶液，采用刮刀涂布技术将所述钙钛矿前驱体溶液刮涂至所述电子传输层的表面，形成钙钛矿层；其中，刮刀的涂布速度为90mm/s～110mm/s；
[0010]在所述钙钛矿层表面旋涂空穴传输层；
[0011]在所述空穴传输层和所述基底的表面蒸镀电极层，以完成钙钛矿太阳能电池的制备。
[0012]在本专利技术的一个实施例中，所述基底的面积为2
×
2.5cm2～10
×
10cm2。
[0013]在本专利技术的一个实施例中，生活用水和玻璃清洗剂的混合液所使用的生活用水与玻璃清洗剂的体积比为3:1。
[0014]在本专利技术的一个实施例中，在处理后的基底表面形成电子传输层，包括：
[0015]用二氧化锡粉末和无水甲醇配制成混合溶液，将混合溶液旋涂于处理后的基底表面，并退火处理形成电子传输层。
[0016]在本专利技术的一个实施例中，形成电子传输层的混合溶液中二氧化锡的浓度为5％～7％。
[0017]在本专利技术的一个实施例中，获得的钙钛矿前驱体溶液中二甲基亚砜浓度为7％～13％。
[0018]在本专利技术的一个实施例中，将所述钙钛矿前驱体溶液刮涂至所述电子传输层的表面时，刮刀与所述电子传输层之间的距离为200μm～300μm。
[0019]在本专利技术的一个实施例中，将所述钙钛矿前驱体溶液刮涂至所述电子传输层的表面之前，还包括：
[0020]对旋涂有电子传输层的基底进行预热。
[0021]在本专利技术的一个实施例中，整个钙钛矿太阳能电池的制备过程是在室内、湿度大于50％的环境条件下进行。
[0022]第二方面，本专利技术实施例提供了一种钙钛矿太阳能电池，根据上述任一所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法制备得到。
[0023]本专利技术的有益效果：
[0024]本专利技术提出的钙钛矿太阳能电池的制备方法，使用了刮刀涂布技术制备大面积薄膜的钙钛矿太阳能电池，解决了现有主流的高性能钙钛矿制备工艺旋涂法无法制备大面积薄膜的问题，同时兼顾了器件的性能和稳定性，相比其他可以大面积制备钙钛矿薄膜的工艺，如喷涂、喷墨打印以及狭缝涂布等，刮刀涂布技术又有操作简单、材料利用率较高、成本较低、薄膜质量好等优势，在钙钛矿太阳能电池的商业化开展中具有较高的成本和工艺优势；本专利技术使用了90mm/s～110mm/s超高的涂布速度，且工艺过程中采用二甲基亚砜溶剂调控工艺窗口，延长薄膜结晶过程，并通过综合调控甲胺氯、碘化铯、碘化铷、L
‑
α
‑
磷脂酰胆碱和苯乙基氯化胺的溶剂工程，在保证较高的涂布速度的同时获得了均匀致密的钙钛矿薄膜，制备出了具有了优异的光电性能的器件。可见，本专利技术在提高刮涂速度提升工艺制备效
率的同时保证了良好的器件性能和稳定性。
[0025]本专利技术通过将碘化铅、甲脒氢碘酸盐、甲基碘化胺、甲胺氯、碘化铯、碘化铷、L
‑
α
‑
磷脂酰胆碱和苯乙基氯化胺溶于N,N
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二甲基甲酰胺、二甲基亚砜和乙二醇单甲醚的混合液本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括：对基底依次采用生活用水和玻璃清洗剂的混合液、生活用水、无水乙醇各超声清洗，再用氮气吹尘枪吹干，再通过紫外
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臭氧装置处理；在处理后的基底表面旋涂电子传输层；将碘化铅、甲脒氢碘酸盐、甲基碘化胺、甲胺氯、碘化铯、碘化铷、L
‑
α
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磷脂酰胆碱和苯乙基氯化胺溶于N,N
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二甲基甲酰胺、二甲基亚砜和乙二醇单甲醚的混合液中，获得钙钛矿前驱体溶液，采用刮刀涂布技术将所述钙钛矿前驱体溶液刮涂至所述电子传输层的表面，形成钙钛矿层；其中，刮刀的涂布速度为90mm/s～110mm/s；在所述钙钛矿层表面旋涂空穴传输层；在所述空穴传输层和所述基底的表面蒸镀电极层，以完成钙钛矿太阳能电池的制备。2.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述基底的面积为2
×
2.5cm2～10
×
10cm2。3.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，生活用水和玻璃清洗剂的混合液所使用的生活用水与玻璃清洗剂的体积比为3:1...

【专利技术属性】
技术研发人员：周龙，李鑫磊，张娇娇，林珍华，常晶晶，李培咸，张进成，郝跃，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：