一种钙钛矿太阳能电池组件及大面积均匀钙钛矿薄膜的制备方法技术

本申请涉及太阳能电池制备技术领域，更具体地说，它涉及一种钙钛矿太阳能电池组件及大面积均匀钙钛矿薄膜的制备方法

【技术实现步骤摘要】
一种钙钛矿太阳能电池组件及大面积均匀钙钛矿薄膜的制备方法


[0001]本申请涉及太阳能电池制备
，更具体地说，它涉及一种钙钛矿太阳能电池组件及大面积均匀钙钛矿薄膜的制备方法
。

技术介绍

[0002]近年来，金属卤化钙钛矿材料广泛受到学术界和工业界的关注，其具有高吸光系数
、
长载流子寿命和高光生载流子迁移率等优异的光电性质，自
2009
年被应用于太阳能电池技术以来，光电转换效率随着技术的发展由
3.8
％快速攀升至
26.1
％，已接近单节单晶硅太阳能电池
26.2
％的最高记录
。
金属卤化钙钛矿材料的化学结构式为
ABX3
，其中
A
为甲胺
(MA)、
甲脒
(FA)
或铯
(Cs)
等有机或无机阳离子，
B
为铅
(Pb)
或锡
(Sn)
等金属二价阳离子，
X
为碘
(I)、
溴
(Br)
或硫氰根
(SCN)
等卤素离子
。
这意味着金属卤化钙钛矿材料的组成成分均为地壳中较为富集和易开采的元素，其本身可大规模生产
。
此外，由于金属卤化钙钛矿是离子晶体，所以其本身的薄膜制备可以采用溶液法工艺并以卷对卷的方式实现大规模生产，这将有效降低生产工艺成本
。
这些优势使得金属卤化钙钛矿太阳能电池有望降低太阳能电池的发电成本并缩短投资回报周期，从而增加光伏发电在能源供应结构中的占比
。
[0003]具有
p
‑
i
‑
n
反式结构的金属卤化钙钛矿太阳能电池因其光伏性能优异
、
材料成本低廉
、
低成本溶液法制备
、
以及适用于柔性基底和叠层电池制备等优势，而成为目前最具产业化前景的下一代薄膜光伏技术之一
。
高效率金属卤化钙钛矿太阳能电池的大面积制备是实现钙钛矿光伏器件产业化的关键因素之一
。
然而，当前的大面积钙钛矿太阳能电池普遍存在薄膜均一性不足以及孔洞缺陷等问题
。
尤其是大面积钙钛矿薄膜上孔洞的存在很大程度上影响器件性能，且在光照时也更容易退化，这些都限制了钙钛矿太阳能电池的产业化发展进程
。
孔洞问题一般由于退火时体积塌缩以及气泡的存在，一般与衬底浸润性或者溶剂与反溶剂有关，如黄劲松课题组的一篇
Science
推测如今反式钙钛矿器件常用的溶剂添加剂
DMSO
就会导致钙钛矿孔洞的产生，
DMSO
含量少时，薄膜的结晶速率过快，从而导致了孔洞的产生
。
当
DMSO
含量过高时，由于薄膜的结晶方向是自上而下，因此会延迟
DMSO
的挥发，导致钙钛矿底部残留约2％的
DMSO
，造成孔洞
。
[0004]现有技术的缺点主要包括：
[0005]1)
目前大面积钙钛矿薄膜旋涂工艺因衬底面积尺寸偏大，正常旋涂工艺的衬底表面浸润性不足以使钙钛矿前驱体溶液均匀铺满整个衬底区域，且容易产生许多孔洞缺陷，从而影响组件性能，需要提高衬底表面浸润性，从而提升钙钛矿前驱体溶液在基底上的铺展能力，已获得均一
、
无孔洞的大面积钙钛矿薄膜；
[0006]2)
由于钙钛矿结构的脆弱性，长时间的热退火可能导致薄膜分解和器件稳定性
。
短时间内在高温下退火可以诱导溶剂的去除以建立过饱和条件，这将加速钙钛矿成核并提高核密度
。
旋涂前体溶液后立即退火会导致快速体积收缩，溶质没有足够的时间扩散，从而导致粗糙表面和孔洞缺陷，需要进行梯度热退火以降低有机试剂蒸发速率并减缓薄膜结晶
过程；
[0007]3)
由于钙钛矿反溶剂旋涂工艺钙钛矿薄膜结晶的工艺时间窗口小，随着模组面积尺寸的增大，反溶剂所需要的量也随之增加，很难在较窄的时间窗口内稳定有效的滴加作用在整个基底上的钙钛矿前提体溶液上，需要优化反溶剂滴加方式，以实现稳定的高质量大面积钙钛矿结晶成膜
。

技术实现思路

[0008]本公开提供了一种钙钛矿太阳能电池组件及大面积均匀钙钛矿薄膜的制备方法，解决了在
p
‑
i
‑
n
反式结构大面积钙钛矿薄膜溶液法制备过程中的薄膜均一性需求和孔洞缺陷问题
。
[0009]第一方面，本公开提供一种钙钛矿太阳能电池组件，所述的钙钛矿薄膜太阳能电池组件结构由下至上可分为衬底
、
空穴传输层
、
界面修饰层
、
钙钛矿吸收层
、
电子传输层
、
空穴阻挡层
、
背电极；所述钙钛矿吸收层通过增加
DMF
预浸润制得
。
[0010]通过
DMF
预浸润，提升衬底表面浸润性，大大减少滴加过程中气泡产生的可能性，以及优化反溶剂滴加方式，使其在较窄的工艺窗口下也能稳定有效地作用在钙钛矿前驱体溶液上，以及采用梯度热退火方式，改善退火过程发生薄膜的体积塌缩，从而避免薄膜的孔洞缺陷的产生，以此制备
p
‑
i
‑
n
反式结构大面积钙钛矿组件，解决了在
p
‑
i
‑
n
反式结构大面积钙钛矿薄膜溶液法制备过程中的薄膜均一性需求，且有效解决的钙钛矿薄膜存在的孔洞问题
。
[0011]第二方面，本公开提供一种钙钛矿太阳能电池组件及大面积均匀钙钛矿薄膜的制备方法，包括以下步骤：
[0012]1)
在基底上激光划线
P1
；
[0013]2)
在基底电极上涂覆空穴传输层材料的前驱体，制备得到空穴传输层；
[0014]3)
在所述空穴传输层上涂覆界面修饰层材料的前驱体，制备得到界面修饰层；
[0015]4)
在所述界面修饰层上涂覆钙钛矿薄膜层的前驱体，制备得到钙钛矿薄膜层；
[0016]5)
在所述钙钛矿薄膜层上涂覆电子传输层材料的前驱体，制备得到电子传输层；
[0017]6)
在所述电子传输层上涂覆空穴阻挡层材料的前驱体，制备得到空穴阻挡层；
7)
在所述空穴阻挡层基础上背面激光划线
P2
；
[0018]8)
在所述空穴阻挡层上涂覆背电极材料，制备得到背电极，所述背电极为
Ag
电极；
[0019]9)
在所述
Ag
电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种钙钛矿太阳能电池组件，其特征在于，所述的钙钛矿薄膜太阳能电池组件结构由下至上可分为衬底
、
空穴传输层
、
界面修饰层
、
钙钛矿吸收层
、
电子传输层
、
空穴阻挡层
、
背电极；所述钙钛矿吸收层通过增加
DMF
预浸润制得
。2.
根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池组件及大面积均匀钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)
在基底上激光划线
P1
；
2)
在基底电极上涂覆空穴传输层材料的前驱体，制备得到空穴传输层；
3)
在所述空穴传输层上涂覆界面修饰层材料的前驱体，制备得到界面修饰层；
4)
在所述界面修饰层上涂覆钙钛矿薄膜层的前驱体，制备得到钙钛矿薄膜层；
5)
在所述钙钛矿薄膜层上涂覆电子传输层材料的前驱体，制备得到电子传输层；
6)
在所述电子传输层上涂覆空穴阻挡层材料的前驱体，制备得到空穴阻挡层；
7)
在所述空穴阻挡层基础上背面激光划线
P2
；
8)
在所述空穴阻挡层上涂覆背电极材料，制备得到背电极，所述背电极为
Ag
电极；
9)
在所述
Ag
电极上激光划刻
P3
线
。3.
根据权利要求2所述的钙钛矿太阳能电池组件及大面积均匀钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤
(1)
中，采用
355nm
波长，
70
功率，重复4次，每条
P1
线相距
5mm。4.
根据权利要求2所述的钙钛矿太阳能电池组件及大面积均匀钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤
(2)
中，所述涂覆为旋涂
、
蒸镀
、
狭缝涂布
、
刮涂和丝网印刷中的一种；所述步骤
(2)
还包括涂覆后退火处理，所述退火处理的温度为
100
‑
120℃
；所述退火处理的时间为
10
‑
15min。5.
根据权利要求2所述的钙钛矿太阳能电池组件及大面积均匀钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤
(2)
中，所述基底电极使用之前需进行洗涤烘干，具体包括以下步骤：用透明玻璃清洗液
、
去离子水
、
丙酮
、
异丙醇依次对所述基底电极超声清洗
15

【专利技术属性】
技术研发人员：张杰，胡金京，杨春雷，胡笑乐，李伟民，王紫瑶，杨清岚，李乐群，李文豪，
申请(专利权)人：深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：