一种制备叠层钙钛矿太阳能电池的方法以及产品技术

本发明专利技术提供了一种制备叠层钙钛矿太阳能电池的方法以及产品，属于钙钛矿薄膜材料领域，其包括，S1：在无氧无水的环境中，先利用挥发性溶剂制作正置结构的底层宽带隙钙钛矿，得到第一中间品器件，S2：维持无水无氧的环境，将制作好的第一中间品器件转移到原子层沉积(ALD)反应仓内，沉积一层约18nm～22nm厚的中间层，获得第二中间品器件，S3：将沉积好的第二中间品器件转移到无水无氧环境中制备顶层窄带隙钙钛矿层。本发明专利技术还提供按照如上方法制备的叠层钙钛矿太阳能电池。本发明专利技术方法可有效提高钙钛电池的效率及稳定性，工艺简单，成本低廉，经济环保。经济环保。经济环保。

【技术实现步骤摘要】
一种制备叠层钙钛矿太阳能电池的方法以及产品


[0001]本专利技术属于钙钛矿薄膜材料领域，更具体地，涉及一种制备高质量叠层钙钛矿太阳能电池的方法以及产品。

技术介绍

[0002]日益增长的能源需求和全球变暖使得开发可再生能源成为必要。太阳能是一个理想的候选能源，其干净而且取之不尽。为了获取这种能量，光伏技术，尤其是钙钛矿太阳能电池(PSCs)因其高效率、易于制造、低成本和快速发展而大有可为。在过去十年中，单结钙钛矿太阳能电池的功率转换效率(PCEs)从3.8％飙升至25.2％，使最高PCE电池的性能与硅同类电池相当。单结太阳能电池的理论PCE受到能量高于带隙的光子热化损失和能量低于带隙的光子传输损失的限制，其发展还是受到一定限制。
[0003]叠层太阳能电池(TSC)由两个具有互补带隙的子电池组成，有效地减轻了这些损耗，并利用了广泛的太阳光谱。两种最典型的串联设备配置是双端(2T)和四端(4T)TSC。在4T
‑
TSC中，两个子电池独立制造并机械堆叠，这可能导致更高的寄生吸收和制造成本。在2T
‑
TSC中，两个子电池通过复合层(RL)进行光电串联。这要求顶部和底部电池的短路电流密度(J
sc
)应匹配，以在该配置中实现最大效率，因为串联设备的总电流受到较低电流密度的限制。电流匹配可以通过调整每个子电池的带隙和厚度来实现。在Pk/Si TSC的情况下，界面被纹理化以最大限度地匹配JSC，而电性能(开路电压V
OC
和填充因子FF)可能受到负面影响。
[0004]目前，现有的文献中，对于中间层的制备大多应用到了金属蒸发、化学沉积、磁控溅射等技术，公开号为CN112582545A的中国专利申请公开了一种叠层太阳能电池的制备方法，但其制备钙钛矿的溶剂为非挥发性溶剂，且在制备电子传输层中应用到了刮刀涂布法，并非全溶液法，其制备方法相对复杂，难以适应工业化生产。
[0005]因此，需要开发一种创新的、将挥发性溶剂以及全溶液法结合的全钙钛矿叠层光电薄膜及器件。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种制备叠层钙钛矿太阳能电池的方法以及产品，通过全溶液法制备全钙钛矿叠层太阳能电池，提高效率，该方法操作简单，经济且环保，对推动钙钛矿太阳能电池的产业化具有重要科学意义和社会价值。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供了一种制备叠层钙钛矿太阳能电池的方法，其包括如下步骤：
[0008]S1：在无氧无水的环境中，将全液态钙钛矿前驱体溶液涂覆在指定处，所述全液态钙钛矿前驱体溶液利用挥发性溶剂溶解钙钛矿中间体获得，待挥发性溶剂完全挥发后，全液态钙钛矿前驱体溶液自然干燥结晶，形成底层宽带隙钙钛矿层，制备获得第一中间品器件，
[0009]S2：维持无水无氧的环境，将制作好的第一中间品器件转移到原子层沉积反应仓内，沉积一层约18nm～22nm厚的SnO2中间层，获得第二中间品器件，
[0010]S3：将沉积好的第二中间品器件转移到无水无氧环境中，将所述的全液态钙钛矿前驱体溶液涂覆在SnO2中间层上，待全液态钙钛矿前驱体溶液中的挥发性溶剂完全挥发后，其自然干燥结晶，形成顶层窄带隙钙钛矿层，获得叠层钙钛矿太阳能电池。
[0011]进一步的，步骤S2中，沉积一层约19nm～21nm厚的SnO2中间层。
[0012]进一步的，步骤S2中，进行原子层沉积反应时，反应仓的温度为75℃～85℃。
[0013]进一步的，步骤S2中，锡源为四二甲氨基锡溶液，氧化剂为去离子水。
[0014]进一步的，步骤S2中，进行原子层沉积反应时，锡源的温度和去离子水的温度均为55
°
～65
°
。
[0015]进一步的，步骤S2中，进行原子层沉积反应时，需要重复多个周期，每个周期为先沉积锡源，再清洗，最后采用去离子水氧化。
[0016]进一步的，步骤S1和步骤S3中，全液态钙钛矿前驱体溶液的制备过程如下：在容器中将所需比例的MAI、PbI2粉末配置好，再放置在装有甲胺乙醇溶液的容器中熏制，在与甲胺相互作用后，得到澄清的黄色液体状钙钛矿中间体，最后将乙腈溶液按所需浓度加入黄色液体状的钙钛矿中间体中，得到淡黄色澄清的全液态钙钛矿前驱体溶液。
[0017]按照本专利技术的第二个方面，还提供包括如上所述方法制备获得的叠层钙钛矿太阳能电池。
[0018]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下
[0019]有益效果：
[0020]本专利技术中，采用的是全溶液法制备叠层钙钛矿太阳能电池，无论是制备底层宽带隙钙钛矿层，还是制备顶层窄带隙钙钛矿层，或者是制备中间层，整个过程都是全溶液法，这样的方法相对传统的方法工艺更为简单，成本更为低廉，并且经济环保，可重复性极高。利用全溶液法制备叠层钙钛矿太阳能电池的关键在于，如何防止制备第二层的钙钛矿层时，全液态钙钛矿前驱体溶液不会对已经制备好的第一层钙钛矿层产生影响，防止其晶态结构发生变化，关键在于，在制备中间层的材质，厚度和工艺。本专利技术中，利用原子层沉积法(ALD)制备所需要的高质量中间层薄膜，其满足了以下几个要求：能有效阻隔水、氧气以及钙钛矿溶剂，从而有效阻隔了两层钙钛矿间的相互作用，保护了两层钙钛矿吸光层；在沉积过程中，氧化剂的应用没有对底层薄膜造成影响；制作出的SnO2薄膜不会影响电子传输。总的来说，本专利技术的方法成功的制备出了叠层钙钛矿太阳能电池。
附图说明
[0021]图1是本专利技术实施例提供的制备叠层钙钛矿太阳能电池的方法流程图。
[0022]图2是本专利技术实施例提供的全钙钛矿叠层太阳能电池完整器件的截面图。
[0023]图3是本专利技术实施例提供的全钙钛矿叠层太阳能电池的截面图。
[0024]图4本专利技术实施例5和对比例1钙钛矿薄膜材料的XRD图谱对比图。
[0025]图5为本专利技术实施例5、实施例5和对比例1中钙钛矿薄膜的XRD图谱对比图。
具体实施方式
[0026]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0027]本专利技术提供了一种基于挥发性溶剂、利用原子层沉积法制备高质量叠层钙钛矿太阳能电池的方法以及产品。图1是本专利技术实施例提供的制备叠层钙钛矿太阳能电池的方法流程图，其包括如下步骤：
[0028]S1：在无氧无水的环境中，将全液态钙钛矿前驱体溶液涂覆在指定处，所述全液态钙钛矿前驱体溶液利用挥发性溶剂溶解钙钛矿中间体获得，待挥发性溶剂完全挥发后，全液态钙钛矿前驱体溶液自然干燥结晶，形成底层宽带隙钙钛矿层，制备获得第一中间品器件，
[0029]S2：维持无水无氧的环境，将制作好的第一中间品器件转移到原子层沉积反应仓内，沉积一层约18nm～22nm厚的SnO2中间层，获得第二中间本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制备叠层钙钛矿太阳能电池的方法，其特征在于，其包括如下步骤：S1：在无氧无水的环境中，将全液态钙钛矿前驱体溶液涂覆在指定处，所述全液态钙钛矿前驱体溶液利用挥发性溶剂溶解钙钛矿中间体获得，待挥发性溶剂完全挥发后，全液态钙钛矿前驱体溶液自然干燥结晶，形成底层宽带隙钙钛矿层，制备获得第一中间品器件，S2：维持无水无氧的环境，将制作好的第一中间品器件转移到原子层沉积反应仓内，沉积一层约18nm～22nm厚的SnO2中间层，获得第二中间品器件，S3：将沉积好的第二中间品器件转移到无水无氧环境中，将所述的全液态钙钛矿前驱体溶液涂覆在SnO2中间层上，待全液态钙钛矿前驱体溶液中的挥发性溶剂完全挥发后，其自然干燥结晶，形成顶层窄带隙钙钛矿层，获得叠层钙钛矿太阳能电池。2.如权利要求1所述的一种制备叠层钙钛矿太阳能电池的方法，其特征在于，步骤S2中，沉积一层约19nm～21nm厚的SnO2中间层。3.如权利要求2所述的一种制备叠层钙钛矿太阳能电池的方法，其特征在于，步骤S2中，进行原子层沉积反应时，反应仓的温度为75℃～85℃。4.如权利要求1
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【专利技术属性】
技术研发人员：吴聪聪，石洋，刘钰雪，朱咏琪，金博文，李静，王世敏，
申请(专利权)人：湖北大学，
类型：发明
国别省市：