一种高效大面积钙钛矿太阳电池组件的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高效大面积钙钛矿太阳电池组件的制备方法，属于太阳电池技术领域，具体步骤为：透明导电薄膜

【技术实现步骤摘要】
一种高效大面积钙钛矿太阳电池组件的制备方法


[0001]本专利技术涉及太阳电池
，更具体的说是涉及一种高效大面积钙钛矿太阳电池组件的制备方法
。

技术介绍

[0002]随着化石能源的大量使用引起的环境和能源问题不断显现，绿色无污染的可再生能源受到各国的不断重视
。
特别是
2020
年9月以来，世界各国相继推出“碳达峰
、
碳中和”实施时间表，新能源的发展迎来了黄金时期
。
太阳能光伏发电作为太阳能最直接有效的利用方式得到了长足的发展，目前太阳能发电所占电力比重约
3.5%
，预计到
2050
年光伏发电占电力供应的比重上升到
30%
以上
。
[0003]各种高效低成本的太阳电池不断被专利技术，钙钛矿太阳电池作为近十年光伏领域的明星受到最热烈的追捧
。
自
2009
年首次被报道以来，钙钛矿电池转换效率从
3.8
％迅速增加到
25.7
％，效率增长速度超过之前所有太阳电池材料
。
高效
、
低成本
、
应用场景广等特点使之成为最理想的光伏电池，目前正从实验室走向商业化阶段
。
[0004]但是，钙钛矿单结电池实验室效率为小面积点电池所获得
。
实验室制备高效点电池各功能层大多采用旋涂法制备，为提高效率和稳定性，通常在载流子传输层和钙钛矿吸收层之间增加纳米级修饰层
。
但旋涂法无法实现大面积组件制备，因此，大面积组件制备技术开发是当前急需解决的问题
。
目前，载流子传输层可采用
PVD
磁控溅射法实现，钙钛矿吸收层可采用狭缝涂布或刮涂法实现，钙钛矿上面载流子传输层可采用狭缝涂布或刮涂法实现，但这三层基本功能层材料厚度均不小于
10
纳米
。
然而，界面修饰层薄膜厚度大多小于
10
纳米，无法采用狭缝涂布等溶液法实现，采用真空蒸镀法将大大提高投资成本
、
延长工艺时间，进而造成钙钛矿组件成本的大幅增加
。
因此，面向高效稳定大面积组件制备的可量产低成本技术开发成为钙钛矿电池从业人员急需解决的问题
。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提供了一种针对高效大面积钙钛矿太阳电池组件的制备方法，克服了现有技术中由于组件放大过程中无法大面积均匀制备关键功能层材料引起的的组件效率低
、
稳定性差的缺点
。
[0006]为了实现以上目的，本专利技术提供如下技术方案：一种高效大面积钙钛矿太阳电池组件的制备方法，所述制备方法的具体步骤为：透明导电薄膜
P1
刻划：将玻璃衬底上覆盖的透明导电薄膜按照组件设计的图案进行
P1
刻划，形成等间距平行相互绝缘的的多条
P1
刻线；所述透明导电膜为
FTO
或者
ITO
薄膜，厚度在
200
‑
700nm
之间；所述
P1
刻划，相邻两条
P1
刻划线之间的距离为
0.5
‑1厘米，光源可选择波长为
532nm
的脉冲
Nd:YAG
激光
、
重复频率
PRF
为
10
‑
40kHz、
平均功率为1‑
4W
，刻划速度从
100
‑
1000mm/s
间调节，光斑直径为
30
‑
100
微米；
载流子传输层1制备：如果电池为正式结构，所述的载流子传输层为电子传输层，材料可选择
TiO2、SnO2、PCBM、C60
中的一种或几种复合层，制备方法可选择
PVD
磁控溅射法
、
原子层沉积
、
喷雾热分解法
、
狭缝涂布法制备；如果电池为反式结构，所述的载流子传输层为空穴传输层，材料可选择掺杂
NiOx、CuI、Cu2O、CuSCN、PTAA、Spiro
‑
TTB
等有机或无机材料，优先选择掺杂
NiOx
薄膜，制备方法可选择磁控溅射法
、
狭缝涂布法
、
真空蒸镀法等，优先选择磁控溅射法制备的掺杂
NiOx
薄膜；界面修饰层1制备：载流子传输层薄膜上制备界面修饰层，界面修饰层具有辅助钙钛矿晶体生长
、
调节钙钛矿吸收层与载流子传输层能级匹配度
、
钝化界面处缺陷态
、
增加钙钛矿吸收层和载流子传输层间的结合力等作用，界面修饰层厚度一般都几纳米，可根据材料不同调整厚度；界面修饰层采用喷涂法制备，根据组件面积，可采用并排多喷头设计，为达到均匀覆盖目的，可采用正交或斜交多次喷涂制备
。
其中，界面修饰层可选择钾盐溶液，厚度约
1nm
，具有辅助钙钛矿晶粒增长作用；钙钛矿吸收层制备：钙钛矿吸收层可选择全无机钙钛矿或者有机无机金属卤化物钙钛矿，根据电池应用场景，带隙可从
1.17eV
‑
2.3eV
间调节，厚度从
300
‑
1500nm
调节；制备方法可选择狭缝涂布法
、
刮涂法
、
真空蒸镀法，优先选择狭缝涂布法
。
为提高钙钛矿薄膜稳定性和光电性能，在钙钛矿层中添加有机添加剂等；界面修饰层2制备：钙钛矿吸收层上制备界面修饰层，界面修饰层具有调节钙钛矿吸收层与载流子传输层能级匹配度
、
钝化界面处缺陷态
、
增加钙钛矿吸收层和载流子传输层间的结合力
、
调节钙钛矿带隙宽度等作用；优先地，界面修饰层选择可与钙钛矿表面碘化铅反应形成二维钙钛矿的大分子盐如
PEAI、PMAI、
芳基季铵等材料，从而形成
2D
‑
3D
钙钛矿结构，提高电池效率和稳定性；界面修饰层厚度一般都几纳米，可根据材料不同调整厚度；界面修饰层采用喷涂法制备，根据组件面积，可采用并排多喷头设计，为达到均匀覆盖目的，可采用正交或斜交多次喷涂制备；载流子传输层2制备：如果电池为正式结构，所述的载流子传输层2为空穴传输层，材料可选择掺杂
NiOx、CuI、Cu2O、CuSCN、PTAA、Spiro
‑
TTB、Spiro
‑
OMeTAD
等有机或无机材料，制备方法可选择磁控溅射法
、
狭缝涂布法
、
真空蒸镀法等
。
如本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种高效大面积钙钛矿太阳电池组件的制备方法，其特征在于，所述制备方法的具体步骤为：透明导电薄膜
P1
刻划：对玻璃衬底上制备的透明导电薄膜进行
P1
刻划，得到刻划好的导电衬底，形成多条
P1
刻线；载流子传输层1制备：对正式结构钙钛矿电池组件来说，所述载流子传输层为电子传输层，电子传输层可选择
SnO2、TiO2
，制备方法可选择磁控溅射法
、
喷雾热分解法；对反式结构钙钛矿电池组件来说，所述载流子传输层为空穴传输层，空穴传输层可选择
NiOx
（可掺杂
Li、Mg、Cu
等元素）
、Cu2O、CuI
等材料，制备方法可选择磁控溅射法
、
喷雾热分解法等；界面修饰层1制备：在载流子传输层1上制备界面修饰层1，其中界面修饰层材料可以为辅助钙钛矿吸收层结晶生长的钙钛矿籽晶，消除钙钛矿吸收层中的钾盐，调节钙钛矿与载流子传输层间能级匹配度的
PCBM、
自组装生长层等薄膜，修饰层厚度为1‑
100nm
之间，修饰层采用喷涂法制备，可根据不同修饰层材料进行后退火处理；钙钛矿吸收层：钙钛矿吸收层材料为有机无机卤化物钙钛矿或全无机钙钛矿，钙钛矿吸收层带隙可从
1.17eV
‑
2.3eV
之间调节，厚度可从
300
‑
1500nm
之间调节，吸收层可采用狭缝涂布法
、
刮涂法
、
喷涂法等方法制备；界面修饰层2制备：在钙钛矿吸收层上制备界面修饰层2，其中界面修饰层材料可以是与碘化铅反应形成二维钙钛矿层的
PEAI、PMAI
，与碘化铅反应形成宽带隙钙钛矿层的
FABr
，或者可抑制离子移动的二维石墨烯等材料，或者提高钙钛矿表面钝化效果的
LiF
等材料
。2.
修饰层厚度可从1‑
100nm
调节，修饰层采用喷涂法制备，可根据不同修饰层材料进行后退火处理；载流子传输层2制备：对正式结构钙钛矿电池组件来说，所述载流子传输层2为空穴传输层，空穴传输层材料包括但不限于
Spiro
‑
OMeTAD、PTAA、MoOx、NiOx、CuSCN、CuI
等，制备方法可选择磁控溅射法
、
喷雾热分解法
、
刮涂法等，厚度从
1nm
‑
300nm
间调节；对反式结构钙钛矿电池组件来说，所述载流子传输层为空穴传输层，空穴传输层包括但不限于
PCBM、C60
等材料，制备方法可选择狭缝涂布法
、
刮涂法
、
喷涂法
、
真空蒸镀法等；
P2
刻划：将载流子传输层
1、
界面修饰层
1、
钙钛矿吸收层
、
界面修饰层
、
载流子传输层2等钙钛矿电池各功能...

【专利技术属性】
技术研发人员：武莉莉，张静全，郝霞，赵德威，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：