叠层电池用大面积宽带隙钙钛矿顶电池制备方法技术

本发明专利技术公开了一种叠层电池用大面积宽带隙钙钛矿顶电池制备方法，属于太阳电池技术领域。所述的大面积宽带隙钙钛矿顶电池制备方法特征在于钙钛矿前驱体使用不同沸点的混合溶剂溶解制成溶液，利用刮刀涂布法制备宽带隙钙钛矿湿膜，采用负压蒸发法去除湿膜中的溶剂，获得高质量钙钛矿吸收层干膜，再经过热退火处理得到致密、结晶度高的宽带隙钙钛矿薄膜和太阳电池。该法可在环境条件下完成电子传输层、空穴传输层、钙钛矿吸收层等各功能层制备，工艺简单，解决了当前叠层用大面积宽带隙钙钛矿顶电池制备方法复杂、耗能高等问题，加速了钙钛矿基叠层太阳电池的市场化进程。钛矿基叠层太阳电池的市场化进程。钛矿基叠层太阳电池的市场化进程。

【技术实现步骤摘要】
叠层电池用大面积宽带隙钙钛矿顶电池制备方法


[0001]本专利技术属于钙钛矿太阳电池领域，具体涉及叠层电池用大面积宽带隙钙钛矿顶电池制备方法。
技术背景
[0002]在过去十年中，金属卤化物钙钛矿材料由于其优异的光电性质和易于溶液法制备的工艺优势在光伏研究领域大放异彩。目前，认证的单结钙钛矿太阳电池的光电转换效率(PCE)已达到25.7％，接近占市场主导的晶体硅电池的效率记录。此外，具有宽范围带隙可调性的钙钛矿材料是制备多结或串联太阳电池以突破单结太阳电池效率限制的理想选择，扮演宽带隙顶电池吸收剂的角色，吸收可见光谱范围内的光。目前，基于旋涂、刮刀涂布、狭缝涂布等技术制备的钙钛矿/钙钛矿、钙钛矿/硅、钙钛矿/有机等叠层太阳电池取得了不错的研究进展，尤其是最近报道的在与硅异质结(SHJ)底部电池配对后，在1cm2的有效面积内，钙钛矿/硅串联太阳电池实现了高达29.8％的PCE，这一叠层技术具有大规膜生产的广阔前景，在未来的光伏市场中将占据有利竞争地位。但是，目前报道的叠层电池技术都局限于小面积范围内(～1cm2)，在商业化成熟的硅电池技术背景下，叠层电池用大面积宽带隙钙钛矿顶电池制备方法还未曾有报道，相关的技术缺口亟待解决。

技术实现思路

[0003]针对上述问题，本专利技术提出叠层电池用大面积宽带隙钙钛矿顶电池制备方法，该方法使用不同沸点的混合溶剂溶解钙钛矿前驱体，利用刮刀涂布技术制备湿膜并将其置于负压腔室内，通过调控负压腔室内压强值及压强保持时间以及后续对干膜的处理，实现基于刮刀涂布和负压蒸发技术在环境条件下制备高质量大面积电子传输层、钙钛矿吸收层、空穴传输层等各功能层及其钙钛矿器件，为高效、稳定的大面积钙钛矿基叠层太阳电池的产业化提供了进一步的可能。
[0004]为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0005]叠层电池用大面积宽带隙钙钛矿顶电池制备方法，包括以下步骤：
[0006](1)将宽带隙钙钛矿材料溶解于不同沸点的混合溶剂中，在加热条件下进行搅拌溶解，得到宽带隙钙钛矿前驱体溶液；
[0007](2)在清洗并且处理好的衬底上采用刮刀涂布和负压蒸发技术制备下传输层；
[0008](3)在沉积有下传输材料的透明导电衬底上，采用刮刀涂布和负压蒸发技术制备宽带隙钙钛矿吸收层；
[0009](4)在宽带隙钙钛矿吸收层上采用刮刀涂布和负压蒸发技术制备上传输层；
[0010](5)在上传输层上制备透明电极；
[0011](6)在透明电极上制备金属电极。
[0012]优选的，所述的步骤(1)中宽带隙钙钛矿材料为ABX3型化合物，其中A位阳离子为锂、钠、钾、铷、铯、胺基、脒基、胍基化合物中的至少一种；B位阳离子为Pb
2+
、Sn
2+
、Ge
2+
、Sb
2+
、
Bi
3+
等分布在第四、第五、第六等主族元素中的至少一种；X位阴离子为I
–
、Cl
–
、Br
–
等卤素元素或SCN
–
、BF4–
等拟卤素元素中的至少一种；宽带隙钙钛矿吸收层带隙范围可以是但不局限于1.6
‑
3.0电子伏特。
[0013]优选的，所述步骤(1)中宽带隙钙钛矿前驱体溶液的浓度为0.4
‑
1.5摩尔/升；宽带隙钙钛矿前驱体溶液的溶剂可以是N,N
‑
二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、乙腈、N
‑
甲基吡咯烷酮、2
‑
甲氧基乙醇等有机溶剂或醋酸甲胺、甲酸甲胺等离子液体中的至少一种；以溶解在N,N
‑
二甲基甲酰胺和N
‑
甲基吡咯烷酮中为例，N,N
‑
二甲基甲酰胺和N
‑
甲基吡咯烷酮溶剂比例范围可以是但不局限于1:19
‑
19:1，优选范围为19:1
‑
1:1。
[0014]优选的，所述步骤(2)中衬底可以是但不局限于晶硅底电池、金属，以及镀有透明导电氧化物膜的玻璃、硅片、纤维织物、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)、聚酰亚胺(PI)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)及其衍生物等柔性或刚性衬底中的至少一种；透明导电氧化物膜可以是但不局限于氧化铟锡(ITO)、掺铝氧化锌(AZO)、掺铟氧化锌(IZO)、掺氟氧化锡(FTO)、氧化铟钨(IWO)、氧化铟铈(ICO)等氧化物薄膜中的至少一种。
[0015]优选的，所述步骤(2)和(4)中上传输层材料可以是但不局限于二氧化钛(TiO2)、二氧化锡(SnO2)、氧化锌(ZnO)、聚苯乙烯磺酸盐(如PSSA)、富勒烯及其衍生物(如C
60
、PC
61
BM)、石墨烯、氧化锌锡、金属酞菁分子材料等电子传输材料中的至少一种；下传输材料可以是但不局限于氧化镍(NiO
x
)氧化钼(MoO
x
)、氧化钨(WO
x
)、五氧化二钒(V2O5)、硫氰酸亚铜(CuSCN)、聚(3,4
‑
乙烯二氧噻吩)
‑
聚苯乙烯磺酸盐(如PEDOT:PSS)、硫氰化铜、碘化亚铜、硫化锌、二硫化钥、氧化铬、氧化钥、聚乙烯咔唑、4
‑
丁基
‑
N,N
‑
二苯基苯胺均聚物(Poly
‑
TPD)、2,3,5,6
‑
四氟
‑
7,7',8,8'
‑
四氰二甲基对苯醌、聚[双(4
‑
苯基)(2,4,6
‑
三甲基苯基)胺](PTAA)、2,2',7,7'
‑
四[N,N
‑
二(4
‑
甲氧基苯基)氨基]‑
9,9'
‑
螺二芴(Spiro
‑
OMeTAD)等空穴传输材料中的至少一种。上下传输层位置可以互换。
[0016]优选的，所述步骤(2)、(3)、(4)中刮刀涂布技术中刮刀距离衬底的高度为10
‑
220微米；涂布的速度为0.5
‑
30厘米/秒；负压蒸发技术的封闭腔室内压强范围是但不局限于0.1
‑
10000帕；压强保持时间范围是但不局限于5秒钟
‑
10分钟；对负压蒸发后的干膜进行处理的方法包括但不限于一步热退火、两步热退火等处理方法中的至少一种；以两步热退火的处理方法为例，退火的条件为先在60
‑
100℃下退火0.5
‑
5分钟，然后在120
‑
180℃下退火3
‑
30分钟。
[0017]优选的，所述的步骤(5)中在上传输层上制备的透明电极可以是但不限于氧化铟锡(IT本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.叠层电池用大面积宽带隙钙钛矿顶电池制备方法，其特征在于：使用不同沸点的混合溶剂一步溶解钙钛矿前驱体制成宽带隙钙钛矿前驱体溶液；刮涂制备大面积电子传输层、钙钛矿吸收层、空穴传输层等各功能层的湿膜，将刮涂后的湿膜置于负压腔室内，通过腔室内的压强及其保持时间来调控干膜质量，经对干膜后续处理获得高质量各功能层以满足器件制备需求。整个制备过程工艺简单，耗能低，可在环境条件下制备，为钙钛矿基叠层太阳电池的产业化提供了进一步的可能。2.根据权利要求1所述的叠层电池用大面积宽带隙钙钛矿顶电池制备方法，其特征在于：所述的宽带隙钙钛矿材料为ABX3型化合物，其中A位阳离子为锂、钠、钾、铷、铯、胺基、脒基、胍基化合物中的至少一种；B位阳离子为Pb
2+
、Sn
2+
、Ge
2+
、Sb
2+
、Bi
3+
等分布在第四、第五、第六等主族元素中的至少一种；X位阴离子为I
–
、Cl
–
、Br
–
等卤素元素或SCN
–
、BF4–
等拟卤素元素中的至少一种。所述的宽带隙钙钛矿吸收层带隙范围可以是但不局限于1.6
‑
3.0电子伏特。3.根据权利要求1所述的叠层电池用大面积宽带隙钙钛矿顶电池制备方法，其特征在于：所述的宽带隙钙钛矿前驱体溶液的浓度为0.4
‑
1.5摩尔/升；所述的宽带隙钙钛矿前驱体溶液的溶剂可以是N,N
‑
二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、乙腈、N
‑
甲基吡咯烷酮、2
‑
甲氧基乙醇等有机溶剂或醋酸甲胺、甲酸甲胺等离子液体中的至少一种；以溶解在N,N
‑
二甲基甲酰胺和N
‑
甲基吡咯烷酮中为例，N,N
‑
二甲基甲酰胺和N
‑
甲基吡咯烷酮溶剂体积比例范围可以是但不局限于1:19
‑
19:1，优选范围为19:1
‑
1:1。4.根据权利要求1所述的叠层电池用大面积宽带隙钙钛矿顶电池制备方法，其特征在于：所述的刮刀涂布技术刮涂功能层湿膜，刮刀距离衬底表面的高度为10
‑
220微米；涂布的速度为0.5
‑
30厘米/秒。5.根据权利要求1所述的叠层电池用大面积宽带隙钙钛矿顶电池制备方法，其特征在于：所述的负压蒸发技术的封闭腔室内压强范围是但不局限于0.1
‑
10000帕；压强保持时间范围是但不局限于5秒钟
‑
10分钟。6.根据权利要求1所述的叠层电池用大面积宽带隙钙钛矿顶电池制备方法，其特征在于：所述的对负压蒸发后的干膜进行处理的方法包括但不限于一步热退火、两步热退火等处理方法中的至少一种；以两步热退火的处理方法为例，退火的条件为先在60
‑
100...

【专利技术属性】
技术研发人员：李跃龙，陶磊，
申请(专利权)人：南开大学，
类型：发明
国别省市：