一种稳定的复合背电极及其制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及一种稳定的复合背电极及其制备方法与应用，制备方法包括通过磁控溅射在铜基板上沉积镍薄膜，并经高温退火，得到铜镍合金基板；通过化学气相沉积法在铜镍合金基板两侧原位生长石墨烯层，并在一侧石墨烯层表面涂覆改性粘结剂；经过热处理，即得到复合背电极。与现有技术相比，本发明专利技术提供的稳定复合背电极的制备方法、钙钛矿太阳电池、复合背电极与钙钛矿太阳电池的组装方法在保证高转换效率的前提下，显著地提高了钙钛矿太阳电池的工作稳定性，且制备成本低、热压工艺适用于工业化生产。产。产。

【技术实现步骤摘要】
一种稳定的复合背电极及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于太阳电池
，涉及一种稳定的复合背电极及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]太阳电池是通过光生伏特效应或者光化学反应将光能直接转换成电能的装置，又称为太阳电池或光伏电池。由于优异的光电性能及低成本的溶液法制备工艺，钙钛矿太阳电池(Perovskite solar cells)已在学术界和工业界引起了极大的关注。一般而言，其器件结构包括透明导电衬底、电子传输层、钙钛矿活性层、空穴传输层、背电极以及各界面修饰层。此外，钙钛矿太阳电池通常分为正式器件结构(透明导电衬底/电子传输层/钙钛矿活性层/空穴传输层/背电极)及反式器件结构(透明导电衬底/空穴传输层/钙钛矿活性层/电子传输层/背电极)。经过十年的研究，基于正式结构的钙钛矿太阳电池的认证效率已达到25.7％，接近单晶硅电池的效率纪录。
[0003]然而，要实现钙钛矿太阳电池的商业化，亟需提高其长期运行稳定性。除了稳定钙钛矿晶体结构与开发稳定的电荷传输层材料以外，设计高效稳定低成本的背电极材料至关重要。银和铝是钙钛矿太阳电池中常用的背电极材料，但上述材料容易与钙钛矿分解产生的卤化物阴离子发生反应，形成碘化银及碘化铝等绝缘化合物，从而阻碍界面电荷传输。即使是较为稳定的金电极，其原子仍可扩散至钙钛矿活性层中形成深能级缺陷，影响器件性能。此外，贵金属的价格高昂，且通常采用高真空、高温的热蒸发法制备，将显著增加器件制备成本。相比之下，由于对钙钛矿组分不敏感，铜是一种非常有潜力的稳定低成本背电极材料，并已广泛应用于稳定的反式钙钛矿太阳电池。然而，其较低的功函数(4.65eV)无法与正式器件通常使用的空穴传输材料的价带顶(～5.2eV)形成欧姆接触。此外，铜仍会被氧气和水氧化形成碱式碳酸铜等杂质。有研究表明，在85℃下，铜原子也会扩散进入钙钛矿层中，降低器件效率。除金属电极外，本征稳定的碳电极也被应用于钙钛矿太阳电池中。基于碳电极的器件在近日已实现了在55℃下超过9000小时的工作稳定性。然而，由于碳电极体系普遍存在的电荷传输问题，该类型器件的转换效率仍在20％以下。因此，亟需开发兼具高稳定、高效、功函可调的低成本背电极材料。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种稳定的复合背电极及其制备方法与应用，用于制备一种稳定、高效、功函可调的低成本背电极，助力稳定、高效钙钛矿太阳电池的生产制造。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0006]一种稳定的复合背电极的制备方法，包括：通过磁控溅射在铜基板上沉积镍薄膜，并经高温退火，得到铜镍合金基板，即为复合背电极。
[0007]进一步地，所述的铜基板在磁控溅射前，先进行预处理；
[0008]预处理过程包括：采用过硫酸铵刻蚀液对铜基板进行化学抛光，再超声清洗并烘
干；其中，超声清洗过程中，所用清洗液包括去离子水、乙醇、丙酮、异丙醇、乙腈、正丁醇中的至少一种。
[0009]进一步地，所述的镍薄膜厚度为100
‑
300nm；高温退火过程中，退火温度为500
‑
1500℃，退火时间为0.5
‑
2h，退火气氛为Ar/H2混合气或N2/H2混合气，流速为20
‑
200sccm。
[0010]一种稳定的复合背电极的制备方法，包括：通过化学气相沉积法在铜镍合金基板两侧原位生长石墨烯层，得到碳化铜镍合金板，即为复合背电极；
[0011]其中，所述的铜镍合金基板采用如上所述的方法制备而成。
[0012]进一步地，化学气相沉积过程为：在含有气相有机碳源、含氢混合气的混合气氛中，将铜镍合金基板在500
‑
1500℃下退火0.5
‑
2h，然后在含氢混合气中，再在500
‑
1500℃下退火0.5
‑
2h；
[0013]所述的混合气氛中，气相有机碳源为甲烷、乙烷、丙烷、正丁烷、异丁烷中的至少一种，含氢混合气为Ar/H2混合气或N2/H2混合气，含氢混合气与甲烷的体积流量比为20:(1
‑
3)。
[0014]一种稳定的复合背电极的制备方法，包括：在碳化铜镍合金板的一侧石墨烯层表面涂覆改性粘结剂，形成湿粘结层膜；再经过热处理去除有害溶剂，并形成薄且均匀的界面粘结层(厚度在1
‑
5nm)，同时得到复合背电极；
[0015]其中，所述的碳化铜镍合金板采用如上所述的方法制备而成。
[0016]进一步地，所述的改性粘结剂的制备方法包括：
[0017]M1：将导电添加剂与有机溶剂混合，并超声分散1h，得到导电添加剂分散液；
[0018]M2：将导电添加剂分散液与粘结剂混合，经过静置溶胀、搅拌均匀后，得到改性粘结剂；
[0019]其中，所述的导电添加剂包括碳纳米管、石墨烯、石墨炔、碳量子点、钼化合物(如MoO
X
，MoS
X
)、氮化钙中的至少一种；所述的有机溶剂包括苯、氯苯、甲苯、二甲苯、异丙醇、乙腈中的至少一种；所述的导电添加剂分散液的浓度不高于6g/L；
[0020]所述的粘结剂包括乙烯
‑
醋酸乙烯共聚物(EVA)、聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二酯、聚二甲基硅氧烷、聚对苯二甲酸丁二酯、聚萘二甲酸乙二醇酯中的至少一种；
[0021]所述的导电添加剂相对于粘结剂的质量百分含量为0.4
‑
2.4％；
[0022]静置溶胀过程中，溶胀温度为60
‑
100℃，溶胀时间为0.5
‑
2h；
[0023]搅拌过程中，搅拌温度为20
‑
40℃，搅拌时间为5
‑
15h。
[0024]进一步地，所述的改性粘结剂的涂覆过程为：以4500
‑
6500rpm的转速旋涂15
‑
45s。
[0025]进一步地，热处理过程中，热处理温度为50
‑
100℃，处理时间为30
‑
60min。
[0026]一种稳定的复合背电极，采用如上所述的方法制备而成。
[0027]一种稳定的复合背电极的应用，包括将所述的复合背电极用作钙钛矿太阳电池的背电极，所述的钙钛矿太阳电池包括依次堆叠的透明导电基底、电子传输层、钙钛矿活性层、空穴传输层及背电极；
[0028]其中，所述的电子传输层包括TiO2、SnO2、ZnO、SrTiO3、BaSnO3中的一种或多种；
[0029]所述的空穴传输层的材质包括CuI、CuSCN、CuS、CuGaO2、钼氧化物、MoS2、酞菁铜、镍氧化物、铜镍复合氧化物、矾氧化物、WO3、3
‑
己基噻吩的聚合物、聚[双(4
‑
苯基)(4
‑
丁基苯基)胺]、聚[双(4
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种稳定的复合背电极的制备方法，其特征在于，该制备方法包括：通过磁控溅射在铜基板上沉积镍薄膜，并经高温退火，得到铜镍合金基板，即为复合背电极。2.根据权利要求1所述的一种稳定的复合背电极的制备方法，其特征在于，所述的铜基板在磁控溅射前，先进行预处理；预处理过程包括：采用过硫酸铵刻蚀液对铜基板进行化学抛光，再超声清洗并烘干；其中，超声清洗过程中，所用清洗液包括去离子水、乙醇、丙酮、异丙醇、乙腈、正丁醇中的至少一种。3.根据权利要求1所述的一种稳定的复合背电极的制备方法，其特征在于，所述的镍薄膜厚度为100
‑
300nm；高温退火过程中，退火温度为500
‑
1500℃，退火时间为0.5
‑
2h，退火气氛为Ar/H2混合气或N2/H2混合气。4.一种稳定的复合背电极的制备方法，其特征在于，该制备方法包括：通过化学气相沉积法在铜镍合金基板两侧原位生长石墨烯层，得到碳化铜镍合金板，即为复合背电极；其中，所述的铜镍合金基板采用如权利要求1至3任一项所述的方法制备而成。5.根据权利要求4所述的一种稳定的复合背电极的制备方法，其特征在于，化学气相沉积过程为：在含有气相有机碳源、含氢混合气的混合气氛中，将铜镍合金基板在500
‑
1500℃下退火0.5
‑
2h，然后在含氢混合气中，再在500
‑
1500℃下退火0.5
‑
2h；所述的混合气氛中，气相有机碳源为甲烷、乙烷、丙烷、正丁烷、异丁烷中的至少一种，含氢混合气为Ar/H2混合气或N2/H2混合气，含氢混合气与甲烷的体积流量比为20:(1
‑
3)。6.一种稳定的复合背电极的制备方法，其特征在于，该制备方法包括：在碳化铜镍合金板的一侧石墨烯层表面涂覆改性粘结剂，再经过热处理，即得到复合背电极；其中，所述的碳化铜镍合金...

【专利技术属性】
技术研发人员：王言博，林雪松，苏弘桢，韩礼元，
申请(专利权)人：上海钙蓝时代光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：