一種鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明具體設(shè)及一種巧鐵礦太陽(yáng)能電池的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 巧鐵礦太陽(yáng)電池在2013年度被《Science》雜志評(píng)為年度十大科學(xué)突破，具有轉(zhuǎn)換 效率高、成本低和制備工藝簡(jiǎn)單的潛在優(yōu)勢(shì)，短短五年時(shí)間巧鐵礦太陽(yáng)電池的效率達(dá)到就 由3.8%達(dá)到20.1%，成為當(dāng)前太陽(yáng)電池領(lǐng)域最受關(guān)注，研究最熱，發(fā)展最為迅速的一個(gè)方 向。
[0003] 巧鐵礦太陽(yáng)電池目前主要有Ξ種制備方法:液相一步法、液相兩步法、氣相沉積 法，氣相沉積法則只適用于平面結(jié)構(gòu)電池，同時(shí)所需條件為高真空耗費(fèi)成本高;所W目前采 用較多的巧鐵礦沉積方法為液相一步法或者液相兩步法，其中液相一步法對(duì)成膜條件非常 敏感，形貌控制具有較大難度；液相兩步法，一般需要加熱化12薄膜，隨即將薄膜浸沒(méi)到 MI/IPA溶液中或者將MAVIPA加載到加熱結(jié)晶的Pbl2薄膜上，該種方法不利于實(shí)現(xiàn)巧鐵礦 的完全轉(zhuǎn)化，艦化鉛殘留較多，薄膜形貌難W控制，不利于薄膜對(duì)光子的吸收從而對(duì)器件效 率造成影響；因此一種操作簡(jiǎn)單，成膜形貌易于控制，低成本的高效率巧鐵礦太陽(yáng)電池制備 方法就顯得尤為重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷，提供一種巧鐵礦太陽(yáng)能電池的制備方法。
[0005] 本發(fā)明的原理如下：
[0006] 本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下：
[0007] -種巧鐵礦太陽(yáng)能電池的制備方法，該太陽(yáng)能電池依次由透明導(dǎo)電基底、致密空 穴阻擋層、介孔電子傳輸層、巧鐵礦型薄膜光吸收層、空穴傳輸層和金屬背電極組成，
[000引其制備方法包括如下步驟：
[0009] (1)將透明導(dǎo)電基底依次用清潔劑磋洗，然后用去離子水沖洗，再依次用丙酬、乙 醇超聲15~20min，接著用氮?dú)鈽尨蹈桑湃胙醯入x子清洗機(jī)中清洗15~20min;
[0010] (2)在步驟(1)處理后的透明導(dǎo)電基底上旋涂制備氧化鐵、氧化儀和氧化錯(cuò)中的至 少一種材質(zhì)的致密空穴阻擋層，具體旋涂工藝如下：旋涂速度為1500~2500rpm，旋涂次數(shù) 為3次，每次旋涂時(shí)間為20~30s，每次旋涂結(jié)束均通過(guò)熱臺(tái)退火5~lOmin，退火溫度為100 ~150°C，最后轉(zhuǎn)移到馬弗爐中400~500°C退火30~60min;
[0011] (3)步驟(2)制得的物料經(jīng)四氯化鐵溶液浸泡處理后，在致密空穴阻擋層上用納米 介孔材料旋涂制備介孔電子傳輸層，具體旋涂工藝如下：旋涂速度為4000~eOOOrpm，旋涂 時(shí)間20~40s，旋涂結(jié)束后于熱臺(tái)退火5~lOmin，退火溫度為100~150°C，最后轉(zhuǎn)移到馬弗 爐中400~500°C退火30~60min;
[0012] (4)在步驟(3)制備的介孔電子傳輸層上用連續(xù)滴涂法制備厚度為550~650皿、晶 粒尺寸為300~50化m的巧鐵礦型薄膜光吸收層，具體為:在所述介孔電子傳輸層上滴加第 一溶液，W4~8s的時(shí)間從化pm加速至4000~6000巧m進(jìn)行旋涂成膜10~30s，再W6~10s的 時(shí)間減速至2000~3000rpm繼續(xù)進(jìn)行旋涂10~30s，當(dāng)減速至2000~3000巧m時(shí)，滴涂第二溶 液W使第一溶液和第二溶液反應(yīng)成膜生成MAPbl3,接著退火，第一溶液WPbl2和DMSO為溶 質(zhì)、DMF為溶劑，第二溶液WMAI為溶質(zhì)、IPA為溶劑，其中Pbl2在第一溶液中的濃度為0.7~ 1.8M，Pbl2與DMSO的摩爾比為1:1~3,第二溶液的濃度為0.189~0.503M，第二溶液的溫度 為 25 ~100°C;
[0013] (5)在步驟(4)制備的巧鐵礦型薄膜光吸收層上旋涂制備空穴傳輸層，具體旋涂工 藝如下:旋涂速度為3000~4000巧m，旋涂時(shí)間為30~40s;
[0014] (6)在步驟(5)制備的空穴傳輸層上蒸鍛厚度為80~120nm的金屬背電極，即成。
[0015] 在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，所述步驟(3)的四氯化鐵溶液浸泡處理所用的 四氯化鐵溶液的濃度為35~45mM，處理溫度為65~75°C，處理時(shí)間為25~35min。
[0016] 在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，所述步驟(4)的退火溫度為120~160°C，時(shí)間為 20~30min。
[0017] 進(jìn)一步優(yōu)選的，所述納米介孔材料為氧化鐵和或氧化錯(cuò)。
[0018] 進(jìn)一步優(yōu)選的，所述空穴傳輸層的材質(zhì)為有機(jī)材質(zhì)或無(wú)機(jī)材質(zhì)。
[0019] 進(jìn)一步優(yōu)選的，所述有機(jī)材質(zhì)為Spir〇-Me0TAD、P3HT、PTAA和TAPC中的至少一種。
[0020] 進(jìn)一步優(yōu)選的，所述無(wú)機(jī)材質(zhì)為化I、化SCN、化2〇、化0、Ni0和Mo化中的至少一種。 [0021 ]進(jìn)一步優(yōu)選的，所述金屬背電極的材質(zhì)為Au或Ag。
[0022] 本發(fā)明的有益效果是：
[0023] 1、本發(fā)明的制備方法利用連續(xù)滴涂法制備巧鐵礦吸收層，制備的吸收層薄膜結(jié)晶 性好形貌易于控制，獲得晶粒起伏度更大同時(shí)晶粒更加規(guī)則，獲得的巧鐵礦太陽(yáng)電池其器 件短路電流，開(kāi)路電壓，填充因子均比現(xiàn)有技術(shù)中的液相兩步法高，最終實(shí)現(xiàn)了高能量轉(zhuǎn)化 效率且器件重復(fù)性好的巧鐵礦太陽(yáng)電池。
[0024] 2、本發(fā)明的制備方法還可W應(yīng)用到平面異質(zhì)結(jié)巧鐵礦太陽(yáng)電池 W及倒置型巧鐵 礦太陽(yáng)電池或者它們與其他太陽(yáng)電池所制備而成的疊層電池中，應(yīng)用范圍廣泛。
【附圖說(shuō)明】
[0025] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例1中連續(xù)滴涂法過(guò)程示意。
[0026] 圖2為本發(fā)明對(duì)比例1和實(shí)施例1制備得到的巧鐵礦薄膜畑3NH3化13X射線衍射 (X畑)圖譜(注:樣品為介孔氧化鐵上的巧鐵礦薄膜CH3NH3Pbl3).
[0027] 圖3為本發(fā)明對(duì)比例1 (1)和實(shí)施例1 (2)制備得到的巧鐵礦薄膜C出N曲饑l3的掃描 電子顯微鏡(SEM)表面圖。
[0028] 圖4為本發(fā)明對(duì)比例1和實(shí)施例1制備得到的在AM1.5G光照下的性能最佳的巧鐵礦 太陽(yáng)電池的伏安特性曲線。
[0029] 圖5為本發(fā)明對(duì)比例1和實(shí)施例1兩種方法制備得到10個(gè)器件的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030] W下通過(guò)【具體實(shí)施方式】結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行進(jìn)一步的說(shuō)明和描述。
[0031] 下述實(shí)施例1和對(duì)比例1中使用的FT0 (Sn〇2: F)透明導(dǎo)電玻璃從武漢晶格太陽(yáng)能科 技有限公司購(gòu)買(mǎi)，空穴傳輸材料(Spiro-MeOTAD)從臺(tái)灣lumtec公司購(gòu)買(mǎi)，N，N-二甲基甲酯 胺溶劑(DMF)二甲基亞諷(DMS0)購(gòu)于Sigma-Al化ich公司，艦化鉛(Pbl2)從A1化Aesar公司 購(gòu)買(mǎi)，甲胺艦(MI)從西安寶萊特公司購(gòu)得
[0032] 實(shí)施例1
[0033] (l)FTO(Sn〇2:F)透明導(dǎo)電玻璃基片清洗W及氧等離子體表面處理:將FT0透明導(dǎo) 電基片用清潔劑磋洗2遍，然后用去離子水沖洗2遍，插入清洗架中，依次用丙酬、乙醇超聲 20min。用氮?dú)鈽尨蹈?，放入氧等離子清洗機(jī)中清洗15min。
[0034] (2)旋涂氧化鐵致密層:在氧等離子體處理過(guò)的FT0基片上旋涂0.15M的二異丙氧 基雙乙酷丙酬鐵（titanium diisop;ropoxidebis(acetylacetonate))的正下醇溶液，旋涂 速度2000rpm旋涂次數(shù)為3次每次旋涂時(shí)間為20s，每次旋涂結(jié)束均通過(guò)熱臺(tái)退火5min退火 溫度控制在125°C。之后轉(zhuǎn)移到馬弗爐中500°C退火30min得到覆蓋有致密空穴阻擋層致密 氧化鐵的基片A;
[00巧](3)四氯化鐵溶液處理:將基片A浸沒(méi)與70°C，40mM的Tick溶液中，處理30min。用 乙醇清洗并用氮?dú)鈽尨蹈傻玫交珺;
[0036] (4)旋涂氧化鐵漿料制備介孔層:將配置好的氧化鐵漿料旋涂于基片B上，旋涂速 度為5000巧m，旋涂時(shí)間20s，旋涂結(jié)束將基片置于熱臺(tái)退火5min退火溫度控制在100°C。之 后轉(zhuǎn)移到馬弗爐中500°C退火30min得到基片C;
[0037] (5)滴涂制備巧鐵礦用的前驅(qū)體溶液配制：配置1.3M的艦化鉛(Pbl2)與二甲基亞 諷(DMS0)的摩爾比為1:1.5的N，N-二甲基甲酯胺(DMF)溶液（1.3M饑12-1.5DMS0/DMF溶液） 和0.377M的甲胺艦(MI)的異丙醇（IPA)溶液(0.377M ΜΑΙ/?ΡΑ);
[0038] (6)滴涂制備巧鐵礦吸收層并退火處理：如圖1所示，在靜止的基片C上滴加 Pbl2/ DMF( 1.3M饑I2-1.5DMS0/DMF)溶液，加速至高速5000巧m旋涂成膜，然后在旋涂過(guò)程中降速 至3000巧m時(shí)滴涂0.377M MAI/IPA溶液，二者反應(yīng)成膜生成MAPbl3，將薄膜置于150°C熱臺(tái) 上熱退火15min，得到涂有巧鐵礦薄膜的基片D;
[0039] (7)空穴傳輸層的制備：在基片D上旋涂制備Spiro-MeOTAD溶液，旋涂速度為 400化pm，旋涂時(shí)間為30s，得到覆蓋有空穴傳輸層的基片F(xiàn);
[0040] (8)金屬Au背電極蒸鍛:將基片F(xiàn)置于電子束蒸發(fā)儀系統(tǒng)中，待系統(tǒng)真空度< = 10- 叮orr時(shí)，開(kāi)始蒸鍛一層金電極，電極厚度為80nm，即得到巧鐵礦太陽(yáng)電池；
[0041 ] 實(shí)驗(yàn)結(jié)果:在AM1.5G，lOOmW/cm2標(biāo)準(zhǔn)光強(qiáng)的照射條件下(太陽(yáng)能模擬器化wport) 進(jìn)行太陽(yáng)電池的性能測(cè)試，伏安特性曲線如圖4所示，測(cè)得電池樣品開(kāi)路電壓1.01V，短路電 流密度23.62mA/cm2，填充因子74.39%，效率為17.76%
[00創(chuàng)對(duì)比例1
[0043] 對(duì)比例1與實(shí)施例1的區(qū)別在于步驟(6)為液相兩步法制備巧鐵礦吸收層:靜止的 基片C上滴加化I2/DMF( 1.3M化12-1.5DMS0/DMF)溶液，3000巧m旋涂30s成膜，待旋涂?jī)x靜止 后滴加0.377M MAI/IPA溶液loading加載Os，轉(zhuǎn)速為5000巧m旋涂30s使二者反應(yīng)生成 MPbl3薄膜。其余實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)與實(shí)施例1均相同。
[0044] 實(shí)驗(yàn)結(jié)果:在A