一种钙钛矿器件的制备方法和太阳能电池技术

本发明专利技术实施例公开了一种钙钛矿器件的制备方法，包括：将钙钛矿组合物溶于醋酸甲胺中在80

【技术实现步骤摘要】
一种钙钛矿器件的制备方法和太阳能电池


[0001]本专利技术属于光电材料
，尤其涉及一种钙钛矿器件的制备方法和太阳能电池。

技术介绍

[0002]能源为人类社会基本需求和可持续发展提供了极其重要的物质保障。化石能源的大量消耗和不可再生性所引发的全球性能源短缺问题以及世界众多国家对温室效应等生态环境问题的广泛关注，促使清洁能源的有效利用成为越来越多国家的首要选择。在诸多可再生新能源中，太阳能作为一种未来人类重要的新能源供给被寄予了很大的希望。太阳能是一种通过光电效应或者光化学反应将光能转化成电能的可再生能源，具有环境友好、绿色环保的优势。目前应用最广泛的太阳能电池技术是晶硅材料，这种太阳能电池虽然转化效率高但也存在着成本高等诸多生产工艺上的问题。
[0003]钙钛矿太阳能电池作为第三代太阳能电池具有很高的发展前途。虽然发展时间只有十年左右，但转化效率已经从最初的3.8％提升到了25.2％。同时，钙钛矿作为太阳能电池的光吸收层，具有制作成本廉价和光电性能优异等优点，可以很好的弥补硅基太阳能电池和薄膜太阳能电池的缺陷与不足。在过去的十年中，基于甲脒碘化铅(FAPbI3)的钙钛矿太阳能电池引起了广泛的关注。不幸的是，在150℃以下，光活性黑色相(α
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FAPbI3)经历了一个不好的相变到非钙钛矿黄色相(δ
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FAPbI3)。为了提高α
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FAPbI3的稳定性，人们付出了巨大的努力。科研人员提出在纯FAPbI3中引入添加剂的策略，降低形成能，从而改善α相FAPbI3钙钛矿薄膜和太阳能电池的光照、水分和热稳定性。因此有机
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无机FAPbI3钙钛矿成为一个非常重要的研究方向。
[0004]目前，钙钛矿薄膜制备方式主要有溶液法、真空沉积法、气相法等。真空沉积法难以平衡无机盐和有机盐二者的蒸发速率，并且有机阳离子在高温下可能会发生蒸发，同时不同种类的有机阳离子将会对热蒸发设备造成污染。气相沉积的钙钛矿薄膜质量还有待进一步提升。另一方面，提升钙钛矿薄膜质量的钝化材料(或者元素)也必须通过气相方法掺入，因此可用的钝化材料(或者元素)十分有限。而溶液法具有较低的制备成本，并且能通过灵活的调控溶液组分、精确的控制制膜条件来优化钙钛矿结晶。最常见的溶液处理方法是旋涂法，除此以外还有喷涂、狭缝涂布法、喷墨印刷等其它方法。
[0005]但是，旋涂法存在钙钛矿薄膜均匀性比较差、原料浪费严重、形态缺陷多等缺点,因而不适合用于制备大面积钙钛矿薄膜。喷涂法制备钙钛矿的原料利用率低，部分逸散的有毒液体可能造成沉积腔室的污染，这也是其在产业化进程中的劣势。喷墨打印方法的难点之一在于如何控制打印过程中钙钛矿薄膜的结晶速率而且打印较厚的钙钛矿层容易形成多层钙钛矿堆叠。狭缝涂布工艺无法将膜层做到实验室里的均匀效果，而且尺寸放大后容易形成凹凸不平的表面、内部含气泡等劣势。此外对于全印刷介孔结构的全无机钙钛矿太阳能电池所使用的滴定渗透法还有制备薄膜时间长，器件生产效率低等问题。

技术实现思路

[0006]为了解决以上技术问题，本专利技术实施例提供一种钙钛矿器件的制备方法，包括：
[0007]将钙钛矿组合物溶于醋酸甲胺中在80
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120℃的条件下搅拌，配置钙钛矿前驱体溶液；
[0008]清洗导电玻璃基板并在表面旋涂电子传输层材料，在相对湿度为30
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80％的空气中将钙钛矿前驱体溶液通过丝网印刷机沉积在导电玻璃基板的电子传输层上，依次在95～105℃和115～125℃的条件下退火至少5min，得到平整致密的FAPbI3‑
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Cl
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钙钛矿薄膜；
[0009]在FAPbI3‑
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Cl
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钙钛矿薄膜上旋涂空穴传输层材料，并在空穴传输层材料上真空蒸镀界面修饰层和金属电极。
[0010]具体地，导电玻璃基板可以为FTO或ITO，电子传输层材料为ETL，TiO2或SnO2，空穴传输层为Spiro
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OMeTAD。
[0011]具体地，钙钛矿组合物包括：碘化甲脒、碘化铅或氯化甲脒、溴化甲脒、碘化铯、溴化铯、氯化铯的至少一种。其中，将碘化铅和碘化甲脒按照摩尔比1：1进行混合，将碘化铅、碘化甲脒和氯化甲脒按照摩尔比1：1：0.04进行混合。
[0012]具体地，还包括：
[0013]在旋涂电子传输层材料时，在旋转速度为3000
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5000r/min的条件下将SnO2旋涂20～40s，优选为30s，并在120～170℃的条件下退火至少30min。
[0014]具体地，通过丝网印刷机在导电玻璃基板的电子传输层上制备FAPbI3‑
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Cl
x
钙钛矿薄膜，包括：
[0015]使用目标印刷参数将钙钛矿前驱体溶液丝网印刷于导电玻璃基板的电子传输层上，并依次在100℃和120℃的条件下退火至少5min，得到平整致密的FAPbI3‑
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Cl
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钙钛矿薄膜。目标印刷参数为：网版规格325～400目，印刷间距0.1mm～3mm，印刷速度1cm/s～35cm/s，印刷压力0.1Mpa～1Mpa，溶液浓度为250mg/ml～400mg/ml。
[0016]具体地，还包括：
[0017]在旋涂空穴传输层材料时，将Spiro
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OMeTAD溶解在氯苯中配置Spiro
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OMeTAD溶液；
[0018]将双三氟甲基磺酸亚酰胺锂溶解在1ml乙腈溶液中配置成锂盐溶液；
[0019]将TBP溶液和锂盐溶液加入到Spiro
‑
OMeTAD溶液中配置成空穴传输层旋涂液，并在旋转速度为2500～4500r/min的条件下将旋涂液旋涂20～40s。
[0020]优选地，界面修饰层为MoO3，厚度为3
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7nm，优选为5nm。
[0021]具体地，电极为Ag、Au或Al，厚度为80～120nm，优选为100nm。
[0022]本专利技术实施例还提供一种太阳能电池，包括如上方法制备得到的钙钛矿器件。
[0023]本专利技术实施例的有益效果是：通过使用丝网印刷工艺制备钙钛矿薄膜和旋涂法制备电子传输层和空穴传输层，大幅缩减生产成本和提升器件效率的同时获得高结晶质量的FAPbI3‑
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Cl
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钙钛矿薄膜和高性能器件。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于
本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0025]图1为本专利技术实施例的钙钛矿器件示意图；
[0026]图2为本专利技术实施例的钙钛矿薄膜示意图；
[本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钙钛矿器件的制备方法，其特征在于，包括：将钙钛矿组合物溶于醋酸甲胺中在80
‑
120℃的条件下搅拌，配置钙钛矿前驱体溶液；清洗导电玻璃基板并在表面旋涂电子层传输材料，在相对湿度为30
‑
80％的空气中将钙钛矿前驱体溶液通过丝网印刷机沉积在导电玻璃基板的电子传输层上，依次在95～105℃和115～125℃的条件下退火至少5min，得到平整致密的FAPbI3‑
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钙钛矿薄膜；在FAPbI3‑
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钙钛矿薄膜上旋涂空穴传输层材料，并在空穴传输层上真空蒸镀界面修饰层和金属电极。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，钙钛矿组合物包括：碘化铅、碘化甲脒、氯化甲脒、溴化甲脒、碘化铯、溴化铯或氯化铯的至少一种。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，将碘化铅和碘化甲脒按照摩尔比1：1进行混合，或，将碘化铅、碘化甲脒和氯化甲脒按照摩尔比1：1：0.04进行混合。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，还包括：在旋涂电子传输层材料时，在旋转速度为3000
‑
5000r/min的条件下将SnO2旋涂20～40s，并在120～170℃的条件下退火至少30min。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，通过丝网印刷机在导电玻璃基板的电子传输层上制备FAPbI3‑

【专利技术属性】
技术研发人员：陈永华，姚青，夏英东，黄维，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：