一种添加剂辅助红外热处理制备钙钛矿层的方法及光伏器件技术

本发明专利技术公开了一种添加剂辅助红外热处理制备钙钛矿层的方法及光伏器件，能快速制备高质量钙钛矿薄膜

【技术实现步骤摘要】
一种添加剂辅助红外热处理制备钙钛矿层的方法及光伏器件


[0001]本专利技术涉及钙钛矿光电器件
，特别涉及添加剂辅助红外辐射热处理制备钙钛矿薄膜层的方法，以及钙钛矿光电器件应用
。

技术介绍

[0002]钙钛矿太阳能电池自问世以来，其制备工艺简单
、
光电转换效率高
、
制备工艺成本低的特点使其成为国内外研究热点
。
其中，有机
‑
无机钙钛矿太阳能电池显示出巨大的未来光伏应用潜力，归功于其较高的光电转化效率和较低的成本
。
[0003]在钙钛矿太阳能电池中，钙钛矿层极大地影响着载流子的产生和传输，在电池器件结构中起着重要的作用
。
有机
‑
无机钙钛矿具有一般的
ABX 3
结构，其中
A
位点是正离子，例如
CH3NH
3+
、HC(NH2)
2+
、Cs
+
和
Rb
+
，
B
位在大多数情况下是
Pb
2+
，
X
是卤素阴离子
(Cl
‑
、Br
‑
、I
‑
)。A
位阳离子位于
B
‑
X
骨架空腔中
。
常见的钙钛矿组分有
MAPbI3、FAPbI3、FAMACsPbI3等
。
>现有技术中，针对钙钛矿层的制备方法有多种，例如旋涂沉积
、
刮涂
、
气相沉积等，目的都是为了获得具有结晶度高
、
覆盖率高
、
缺陷少
、
晶粒尺寸均匀的钙钛矿层
。
现阶段通过这些方法制备的薄膜，通常需要通过热退火进行后处理，以促进钙钛矿层去溶剂化以及晶体晶粒进一步生长
。
目前运用范围最为广泛的是热板退火工艺
(HAP)
，其退火机制是通过热传导，将热能从底部热板转移到钙钛矿层薄膜中，该过程溶剂挥发较慢，并且随着薄膜面积的扩大，由于传统热板退火工艺将热板划分为不同的热区，远离热板中心的温度总是略低，容易导致从底部到顶部的温度分布不均匀，从而导致成核的不均匀性，此外，传统热板退火工艺通常需要在
150℃
下退火几十分钟，需要较大时间成本，严重阻碍了钙钛矿太阳能电池的商业化进程
。

技术实现思路

[0004]为解决
技术介绍
提到的现有技术存在的不足，本专利技术提供一种添加剂辅助红外辐射热处理制备钙钛矿层的方法，其技术方案如下：
[0005]包括以下制备步骤：将配置好的钙钛矿前驱液涂充分震振荡后加入适量的添加剂对钙钛矿前驱液进行后处理，然后取一定量前驱体溶液涂覆到基底上形成涂层，再采用近红外辐射所述涂层以完成加热退火处理，制钙钛矿输层；所述添加剂可提升钛矿结晶成核密度和结晶过程，促进短时间内的快速红外吸收，以及抑制因能量吸收慢而产生的成膜不均匀
、
孔洞缺陷
。
[0006]在一些实施例中，所述添加剂材料的添加量为钙钛矿前驱体溶液重量的1％
‑
20
％；优选为5％
‑
15
％
。
[0007]在一些实施例中，将所述钙钛矿前驱液通过涂布方式涂覆到基底上形成涂层；所述涂布方式选自旋涂
、
刮涂
、
滴涂
、
提拉
、
喷涂
、
印刷中的一种
。
[0008]在一些实施例中，包括以下制备步骤：将所述经后处理的钙钛矿前驱液通过刮涂方式涂覆到基底上形成涂层；将附着有涂层的基底放在红外灯管照射区域内进行近红外辐
射，以对所述涂层进行加热退火处理，经冷却后制得所述钙钛矿层
。
[0009]在一些实施例中，采用刮涂或旋涂方式，将所述钙钛矿材料前驱液涂覆于基底上形成涂层；薄膜厚度可通过调节刮速和转速控制
。
[0010]在一些实施例中，所述近红外辐射的输出功率为
(5
～
20)KW/m2，辐射时间为
(10
～
60)s。
[0011]所述近红外和涂层之间的辐射距离为
0.5cm
‑
5cm。
[0012]在一些实施例中，将添加剂均匀分散配置好的钙钛矿前驱液中，制成所述后处理得到的钙钛矿前驱液；所述添加剂材料包括
PbI2、PbCl2、Pb(SCN)2、
甲醇
、
正丁醇
、H2O
中的一种或多种组合
。
[0013]本专利技术还提供一种钙钛矿层，其采用如上所述添加剂与红外辐射热处理协同作用制备钙钛矿层的方法制备而成
。
[0014]本专利技术还提供一种钙钛矿光电器件的制备方法，包括以下步骤：
[0015]S100、
在基底上制备电子传输层；
[0016]S200、
在电子传输层上形成钙钛矿吸光层；
[0017]S300、
在钙钛矿吸光层上形成空穴传输层；
[0018]S400、
在空穴传输层上形成电极，制得所述钙钛矿光电器件；
[0019]其中，所述
S100
采用如上所述的红外热处理制备电子传输层的方法
。
[0020]在一些实施例中，所述空穴传输层材质为
2,2',7,7'
‑
四
[N,N
‑
二
(4
‑
甲氧基苯基
)
氨基
]‑
9,9'
‑
螺二芴；和
/
或，所述基底的材质为氟掺杂氧化锡或氧化铟锡
。
[0021]本专利技术还提供一种钙钛矿光电器件，包括依次设置的基底
、
电子传输层
、
钙钛矿吸光层
、
空穴传输层以及电极；其中，所述钙钛矿光电器件采用如上所述的钙钛矿光电器件的制备方法制得；所述钙钛矿层采用如上所述的方法制得
。
[0022]本专利技术提供的一种添加剂辅助红外辐射热处理制备钙钛矿层的方法，与现有的技术相比，具有以下技术效果：
[0023]本专利技术制备钙钛矿层过程中采用添加剂辅助近红外
(NIR)
辐射加热退火方式，相比传统的热板退火方式和直接近红外辐射加热退火方式，采用该方式处理时热量传递均匀，不会出现传统热板退火容易出现的随着模组面积增大导致钙钛矿层受热不均，从而影响钙钛矿层质量的情况；采用该退火方式，添加剂对钙钛矿结晶动力学过程的调控可显著提升其成核密度和结晶过程，促进短时间内的快速红外吸收，抑制因能量吸收慢而产生的成膜不均匀...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种添加剂辅助红外热处理制备钙钛矿薄膜层的方法，包括以下制备步骤：将配置好的钙钛矿前驱液充分振荡后，加入添加剂对钙钛矿前驱液进行处理，再将前驱体涂覆到基底上形成涂层，之后采用近红外光辐射所述涂层以完成加热退火处理，从而形成钙钛矿薄膜层；所述添加剂能够提升钛矿结晶成核密度和结晶过程，促进短时间内的快速红外吸收，以及抑制因能量吸收慢而产生的成膜不均匀
、
孔洞缺陷；所述添加剂材料包括
PbI2、PbCl2、Pb(SCN)2、
甲醇
、
正丁醇
、H2O
中的一种或多种组合
。2.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述添加剂材料的添加量为钙钛矿前驱体溶液重量的1％
‑
20
％
。3.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述钙钛矿前驱液通过涂布方式涂覆到基底上形成涂层；所述涂布方式选自旋涂
、
刮涂
、
滴涂
、
提拉
、
喷涂
、
印刷中的一种
。4.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将附着有涂层的基底放在红外灯管照射区域内进行近红外辐射，以对所述涂层进行加热退火处理，经冷却后制得所述钙钛矿层
。5.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述近红外辐射的输出功率为
(5
～
20)KW/m2，辐射时间为
(10
～
60)s。6.
...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹君，何鹏，李静，陈智凌，张渝柏，赵志国，吴炳辉，郑南峰，
申请(专利权)人：中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：