[發明專利]制備鈣鈦礦基薄膜太陽電池的方法及噴墨打印機

有效

• 申請號: 201410165794.7
• 申請日: 2014-04-23
• 公開（公告）號: CN103956407B
• 公開（公告）日: 2017-06-06
• 發明（設計）人: 孟慶波;吳會覺;李冬梅;羅艷紅;石將建
• 申請（專利權）人: 中國科學院物理研究所
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18;B41J2/17
• 代理公司: 北京智匯東方知識產權代理事務所(普通合伙)11391
• 代理人: 范曉斌,薛峰

技術領域

本發明涉及太陽電池技術領域，特別是涉及一種制備鈣鈦礦基薄膜太陽電池的方法和適用于制備鈣鈦礦基薄膜太陽電池的噴墨打印機。

背景技術

目前傳統硅基太陽電池技術是最為成熟、應用最廣的光伏技術，但是因其存在高成本、高污染等問題，不利于大規模應用。因此發展低成本太陽電池材料與技術十分必要。新型薄膜太陽電池由于其低廉的原料成本和簡單的制備工藝受到人們的重視。其中尋找易于合成、低成本和環境友好的新材料是促進薄膜太陽電池發展的必由之路。鈣鈦礦型有機鹵化鉛材料(比如CH₃NH₃PbX₃(X＝I，Br，Cl))以其優異的光電性能、易于合成的性質吸引了眾多科研人員的注意和研究興趣，被廣泛用作薄膜太陽電池的吸光層材料。目前基于該材料的薄膜太陽電池效率已經達到15％，具有很大的應用潛力。

目前制作薄膜的方法包括濺射、蒸鍍、絲印、旋涂、刮涂、涂覆和噴墨打印等方法，其中濺射和蒸鍍成本高，絲印厚度和精度不好可控制，旋涂不適于大規模生產，涂覆和噴墨打印可適用于低成本、連續、大面積的規模化工業生產中。與涂覆相比，噴墨打印的厚度和位置控制精確，具有微米級分辨率，可實現全數字圖形輸出，可通過計算機對加工過程靈活高精度控制。如果能夠將噴墨打印技術應用在鈣鈦礦基薄膜太陽電池制備過程中，更有利于鈣鈦礦基薄膜太陽電池大規模、連續、低成本工業化生產。但利用現有的噴墨打印工藝制備鈣鈦礦基薄膜太陽電池時，打印的薄膜質量不好，制備的鈣鈦礦基薄膜太陽電池的效率很低，難以令人滿意。

發明內容

本發明的一個目的在于針對現有技術中存在的上述缺陷，提供一種適合于制備鈣鈦礦基薄膜太陽電池等電池器件的噴墨打印機。

本發明的另一個目的在于提供一種新的制備鈣鈦礦基薄膜太陽電池的方法。

按照本發明的一個方面，本發明提供了一種制備鈣鈦礦基薄膜太陽電池的方法，所述鈣鈦礦基薄膜太陽電池具有在一個基底上層疊形成的多個薄膜層，所述方法包括利用噴墨打印工藝采用與各薄膜層的材料對應的墨水在所述基底上逐層打印每一所述薄膜層。

在一種實施方式中，所述多個薄膜層可包括一支架層，在打印所述支架層的過程中，同時在所述基底的下方對所述基底進行下加熱以及在所述基底的上方對所述基底上已經形成的薄膜層進行上加熱。

在一種實施方式中，可在打印每一所述薄膜層的過程中均同時進行所述上加熱和所述下加熱。

在一種實施方式中，所述支架層的材料可為TiO₂、Al₂O₃、ZrO₂或SiO₂，與所述支架層對應的墨水可為由所述支架層的材料與造孔劑在對應溶劑中形成的顆粒小于1μm的均勻分散溶液；可選地，在打印所述支架層的過程中，所述上加熱溫度為20-150℃，下加熱溫度為20-150℃。

在一種實施方式中，所述多個薄膜層還可包括一致密層，所述致密層形成在所述基底與所述支架層之間，所述致密層的材料為TiO₂或ZnO，與所述致密層對應的墨水可為由所述致密層的材料的前驅體與對應溶劑配置成的溶液；可選地，在打印所述致密層的過程中，上加熱溫度為20-150℃，下加熱溫度為20-150℃。

在一種實施方式中，所述多個薄膜層還可包括一有機金屬半導體吸光層，其形成在所述支架層之上，所述有機金屬半導體吸光層的材料可選自化學通式為(RNH₃)BX_mY_n中的一種或多種，其中R＝CH₃，C₄H₉，C₈H₉；B＝Pb，Sn；X，Y＝Cl，Br，I；m＝1，2，3；n＝3-m；

其中，與所述有機金屬半導體吸光層對應的墨水可為由(RNH₃)X_m和BY_n一起溶解在對應溶劑中形成的溶液；或者，與所述有機金屬半導體吸光層對應的墨水包括由(RNH₃)X_m和BY_n分別單獨溶解在對應溶劑中形成的獨立的兩種溶液，在打印所述有機金屬半導體吸光層時所述兩種溶液被分別噴射；優選所述兩種溶液同時噴射；

可選地，在打印所述有機金屬半導體吸光層的過程中，上加熱溫度為20-150℃，下加熱溫度為20-150℃。