一种提升钙钛矿太阳能电池结晶性的方法技术

本发明专利技术涉及一种提升钙钛矿太阳能电池结晶性的方法，属于钙钛矿薄膜技术领域。本发明专利技术的方法包括以下步骤，(1)在导电基底表面形成电子传输层；(2)将氯甲胺溶液涂覆于所述电子传输层表面形成氯甲胺薄膜；(3)将钙钛矿前驱体溶液涂覆于所述氯甲胺薄膜表面形成钙钛矿湿膜；(4)将钙钛矿湿膜置于溶剂气氛的集风罩内，并分阶段进行加热处理，经退火形成钙钛矿薄膜；(5)在所述钙钛矿薄膜表面依次形成空穴传输层和电极层，得到结晶性提升的钙钛矿太阳能电池。采用氯甲胺预埋的方式，可以获得较大的晶粒尺寸，从而很好地解决了氯甲胺掺杂钙钛矿薄膜表面生成过多碎晶的问题。矿薄膜表面生成过多碎晶的问题。矿薄膜表面生成过多碎晶的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种提升钙钛矿太阳能电池结晶性的方法


[0001]本专利技术属于钙钛矿薄膜
，尤其涉及一种提升钙钛矿太阳能电池结晶性的方法。

技术介绍

[0002]有机
‑
无机杂化钙钛矿太阳能电池因具有低成本、易制备和带隙可调节等优异的光电性能，被认为是最具潜力的下一代低成本太阳能电池的光吸收材料。
[0003]对于制备高质量钙钛矿薄膜，控制钙钛矿晶核的形成过程是关键，因为钙钛矿的成核与生长一旦开始，其自然变化过程将非常迅速，很难控制，不利于薄膜表面的全覆盖，表现就是成膜孔洞较多。通过溶剂工程可以有效地调控，例如，在钙钛矿前驱体溶液中加入氯甲胺，可以促进3D钙钛矿的垂直结晶以并增加其晶粒尺寸。但是，由于溶剂会快速地蒸发消失，工艺窗口小，不利于控制结晶尺寸，导致这一调控手段虽然可以改善钙钛矿晶粒形貌，但成膜依然粗糙且有孔洞。
[0004]另一方面，卷对卷的连续化生产也对控制结晶的工艺提出了更为严苛的要求。因此，需要提供一种适应卷对卷生产工艺，且能够有效改善钙钛矿结晶的方法。

技术实现思路

[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种提升钙钛矿太阳能电池结晶性的方法。采用氯甲胺预埋的方式，通过调节氯甲胺的用量，可以获得较大的晶粒尺寸，从而很好地解决了氯甲胺掺杂钙钛矿薄膜表面生成过多碎晶的问题，同时由于本方法的工艺能适应卷对卷的连续化生产，一定程度上提高了生产效率。
[0006]本专利技术的目的是提供一种提升钙钛矿太阳能电池结晶性的方法，包括以下步骤，
[0007](1)在导电基底表面形成电子传输层；
[0008](2)将氯甲胺溶液涂覆于所述电子传输层表面形成氯甲胺薄膜；所述氯甲胺溶液的浓度为0.5mg/mL
‑
6mg/mL；
[0009](3)将钙钛矿前驱体溶液涂覆于所述氯甲胺薄膜表面形成钙钛矿湿膜；
[0010](4)将钙钛矿湿膜置于溶剂气氛的集风罩内，并分阶段进行加热处理，经退火形成钙钛矿薄膜；所述分阶段进行加热处理具体分为两个阶段，第一阶段为65℃
‑
75℃加热4min
‑
6min；第二阶段为100℃
‑
150℃加热8min
‑
12min；
[0011](5)在所述钙钛矿薄膜表面依次形成空穴传输层和电极层，得到结晶性提升的钙钛矿太阳能电池。
[0012]在本专利技术的一个实施例中，在步骤(1)中，所述导电基底选自氟掺杂氧化锡导电基底(FTO)、锡掺杂氧化铟导电基底(ITO)、钛掺杂氧化铟导电基底(ITiO)、铈掺杂氧化铟导电基底(ICO)、钨掺杂氧化铟导电基底(IWO)、铝掺杂氧化锌导电基底(AZO)或硼掺杂氧化锌导电基底(BZO)。
[0013]在本专利技术的一个实施例中，在步骤(1)中，所述导电基底为预处理导电基底，所述
预处理是依次用去离子水、乙醇、丙酮、异丙醇通过超声波清洗机清洗各15min
‑
20min，再进行15min
‑
20min的UV
‑
臭氧处理。
[0014]在本专利技术的一个实施例中，在步骤(1)中，所述电子传输层的材料选自TiO2、SnO2、ZnO、C
60
、PCBM、ICBA或CPTA；厚度为20nm
‑
30nm。
[0015]在本专利技术的一个实施例中，在步骤(3)中，所述钙钛矿前驱体溶液中包含钙钛矿材料和溶剂；所述钙钛矿材料为ABX3型钙钛矿，A选自甲铵离子、甲脒离子、铯离子和铷离子中的一种或多种；B选自铅离子和/或锡离子；X选自碘离子、溴离子和氯离子中的一种或者多种。
[0016]在本专利技术的一个实施例中，所述钙钛矿前驱体溶液中钙钛矿材料的浓度为0.6mol/L
‑
1.4mol/L。
[0017]在本专利技术的一个实施例中，在步骤(3)中，所述溶剂选自2
‑
巯基乙醇(2
‑
ME)、γ
‑
丁内酯(γ
‑
GBL)、N,N
‑
二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亚砜(DMSO)和N
‑
甲基吡咯烷酮(NMP)中的一种或多种。
[0018]进一步地，所述溶剂是由N,N
‑
二甲基甲酰胺(DMF)和二甲基亚砜(DMSO)按照体积比4：1混合得到。
[0019]在本专利技术的一个实施例中，在步骤(4)中，在溶剂气氛的集风罩内钙钛矿湿膜的运行速度为0.5m/min
‑
1m/min；集风罩的气压为0.2Mpa
‑
1.2Mpa。
[0020]在本专利技术的一个实施例中，在步骤(4)中，所述溶剂气氛采用的溶剂与钙钛矿前驱体溶液中的溶剂一致。
[0021]在本专利技术的一个实施例中，在步骤(4)中，所述退火为100℃
‑
120℃退火10min
‑
20min。
[0022]在本专利技术的一个实施例中，在步骤(4)中，所述钙钛矿薄膜的厚度为500nm
‑
800nm。
[0023]在本专利技术的一个实施例中，在步骤(5)中，所述空穴传输层的材料选自CuI、CuSCN、NiO
x
、PEDOT:PSS、Spiro
‑
OMeTAD、PTAA和P3HT中的一种或多种；所述空穴传输层的厚度为40nm
‑
50nm。
[0024]在本专利技术的一个实施例中，在步骤(5)中，所述电极层的材料选自金、银或铝；所述电极层的厚度为80nm
‑
100nm。
[0025]本专利技术的技术方案相比现有技术具有以下优点：
[0026](1)本专利技术所述的方法在氯甲胺薄膜涂覆钙钛矿前驱体溶液时，钙钛矿前驱体溶液会部分渗入氯甲胺薄膜中，二者之间会形成交融的界面层，使得氯甲胺薄膜
‑
界面层
‑
钙钛矿湿膜中，氯甲胺的浓度梯度分布，这样有利于通过调控垂直基底方向氯甲胺分布，从而调控钙钛矿生长速率。
[0027](2)本专利技术所述的方法通过调控溶剂气氛的集风罩内后溶剂的挥发过程，从而控制湿膜中钙钛矿浓度是否达到均匀成核临界过饱和浓度，调节形核与晶粒生长的过程。
[0028](3)本专利技术所述的方法将钙钛矿湿膜置于溶剂气氛的集风罩内，通过控制气氛排出速率，使集风罩的气压大于当前温度下湿膜中溶剂的饱和蒸气压，此时湿膜中溶剂不挥发，预埋的氯甲胺部分渗入钙钛矿湿膜，形成浓度梯度，然后升高空间中的加热温度，使得集风罩的气压低于当前加热温度下湿膜的溶剂饱和蒸气压，从而湿膜中溶剂挥发，钙钛矿前驱体溶液逐渐达到饱和，随机形核发生，控制溶剂缓慢挥发的过程中，氯甲胺充分参与了
晶核垂直生长过程，制备得到的晶粒尺寸较大，且形貌均匀。
附图说明
[0029]为了使本专利技术的内容更容易被清楚地理解，下面根据本专利技术的具体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提升钙钛矿太阳能电池结晶性的方法，其特征在于，包括以下步骤，(1)在导电基底表面形成电子传输层；(2)将氯甲胺溶液涂覆于所述电子传输层表面形成氯甲胺薄膜；所述氯甲胺溶液的浓度为0.5mg/mL
‑
6mg/mL；(3)将钙钛矿前驱体溶液涂覆于所述氯甲胺薄膜表面形成钙钛矿湿膜；(4)将钙钛矿湿膜置于溶剂气氛的集风罩内，并分阶段进行加热处理，经退火形成钙钛矿薄膜；所述分阶段进行加热处理具体分为两个阶段，第一阶段为65℃
‑
75℃加热4min
‑
6min；第二阶段为100℃
‑
150℃加热8min
‑
12min；(5)在所述钙钛矿薄膜表面依次形成空穴传输层和电极层，得到结晶性提升的钙钛矿太阳能电池。2.根据权利要求1所述的提升钙钛矿太阳能电池结晶性的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述导电基底选自氟掺杂氧化锡导电基底、锡掺杂氧化铟导电基底、钛掺杂氧化铟导电基底、铈掺杂氧化铟导电基底、钨掺杂氧化铟导电基底、铝掺杂氧化锌导电基底或硼掺杂氧化锌导电基底。3.根据权利要求1所述的提升钙钛矿太阳能电池结晶性的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述电子传输层的材料选自TiO2、SnO2、ZnO、C
60
、PCBM、ICBA或CPTA；厚度为20nm
‑
30nm。4.根据权利要求1所述的提升钙钛矿太阳能电池结晶性的方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述钙钛矿前驱体溶液中包含钙钛矿材料和溶剂；所述钙钛矿材料为ABX3型钙钛矿，A选自甲...

【专利技术属性】
技术研发人员：请求不公布姓名，
申请(专利权)人：华碧光能科技苏州有限公司，
类型：发明
国别省市：