[發(fā)明專利]一種基于絲棒刮涂的鈣鈦礦太陽能電池的制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510824000.8
• 申請日: 2015-11-24
• 公開（公告）號: CN105470401A
• 公開（公告）日: 2016-04-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王濤;劉旋;楊麗燕
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢理工大學(xué)
• 主分類號: H01L51/48
• 分類號: H01L51/48
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 唐萬榮

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鈣鈦礦太陽能電池制備技術(shù)，具體涉及一種基于絲棒刮涂工藝的鈣鈦礦太陽能電池制備方法。

背景技術(shù)

環(huán)境污染以及化石能源的日益枯竭已經(jīng)嚴(yán)重制約了人類社會的可持續(xù)發(fā)展。太陽能作為一種清潔可再生能源，具有取之不盡用之不竭的特點，通過太陽能到電能的轉(zhuǎn)變可以為人類社會的發(fā)展提供源源不斷的動力，太陽能成為人類社會解決環(huán)境問題、能源短缺問題的重要突破口。

2014年全球太陽能電池產(chǎn)能超過55GW，其中大部分以硅太陽能電池為主，然而硅太陽能電池存在生產(chǎn)成本偏高、制備工藝復(fù)雜和制造過程存在嚴(yán)重污染等問題。為此，人們致力于探索出一種原料成本更低廉，制作工藝更簡單的太陽能電池。量子點太陽能電池、有機(jī)太陽能電池、染料敏化太陽能電池以及最近發(fā)現(xiàn)的鈣鈦礦太陽能電池等成為人們追逐的熱點，具有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

鈣鈦礦太陽能電池從發(fā)現(xiàn)至今不到六年的時間里，轉(zhuǎn)化效率從最初的3.8%突破到現(xiàn)在的20%，表現(xiàn)出了巨大的應(yīng)用潛力。鈣鈦礦太陽能電池不僅具有較高的光電轉(zhuǎn)化效率，而且其活性層材料制備容易、價格低廉，是理想的制備太陽能電池的原料。此外鈣鈦礦太陽能電池全固態(tài)的活性層給電池的封裝帶來了極大的便利，可在柔性襯底上沉積活性層的特點又進(jìn)一步擴(kuò)大了其應(yīng)用領(lǐng)域，總之鈣鈦礦太陽能電池具有很大的實際應(yīng)用潛力。

鈣鈦礦太陽能電池雖然在能量轉(zhuǎn)化效率方面擁有著巨大的優(yōu)勢，但仍然存在著許多問題亟待解決，如電池的穩(wěn)定性、電池的壽命、如何大面積制備等等。目前鈣鈦礦太陽能電池的制備工藝主要有溶液旋涂、真空蒸鍍等方法，其中溶液旋涂法工藝比較成熟。采用旋涂工藝制造的太陽能電池實驗室光電轉(zhuǎn)化效率達(dá)到20.1%，然而通過旋涂法往往只能制備小面積的鈣鈦礦太陽能電池，電池面積受到限制無法在工業(yè)生產(chǎn)中實現(xiàn)大面積制備和應(yīng)用。另一種真空蒸鍍法需要較高的真空度，對設(shè)備要求較高，能耗較大，也不適宜大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。因此，開發(fā)一種大面積鈣鈦礦太陽能電池制備工藝對于其大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于絲棒刮涂工藝的鈣鈦礦太陽能電池制備方法，采用該方法可提高鈣鈦礦太陽能電池面積，適用于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案如下：

一種基于絲棒刮涂的鈣鈦礦太陽能電池的制備方法，包括以下步驟：a導(dǎo)電玻璃基底清洗或?qū)щ娋酆衔锘浊逑矗籦在基底上制備陽極修飾層；c通過絲棒在陽極修飾層上刮涂鈣鈦礦前驅(qū)體溶液，流平烘干制備鈣鈦礦活性層；d在鈣鈦礦活性層上制備陰極修飾層；e在陰極修飾層上制備金屬陰極。

步驟a所述導(dǎo)電玻璃基底清洗包括依次用乙醇、丙酮、異丙醇、去離子水超聲清洗并烘干，接著用紫外光照射處理；所述導(dǎo)電聚合物基底清洗包括去離子水超聲清洗。

步驟b所述制備陽極修飾層包括將PEDOT:PSS溶液旋涂到洗凈的導(dǎo)電玻璃基底上并在90-150℃下熱處理10-20min，或?qū)EDOT:PSS溶液旋涂到洗凈的導(dǎo)電聚合物基底上并在90-110℃熱處理10-20min，所述PEDOT:PSS旋涂量為0.00261-0.00522mg/mm²。

優(yōu)選的，所述PEDOT:PSS溶液旋涂前經(jīng)PVDF濾紙過濾。

步驟c所述絲棒包括鋼棒和緊密纏繞在鋼棒上的鋼絲，所述刮涂包括在陽極修飾層上滴加鈣鈦礦前驅(qū)體溶液，保持絲棒和陽極修飾層接觸，固定基底移動絲棒或固定絲棒移動基底，所述鈣鈦礦前驅(qū)體的涂布量為0.03-0.1mg/mm²。

優(yōu)選的，所述鈣鈦礦前驅(qū)體溶液由前驅(qū)體材料配制而成，所述前驅(qū)體材料包括摩爾比為1:1的碘化鉛和碘化甲胺組合物、摩爾比為1:1的氯化鉛和碘化甲胺組合物、摩爾比為1:1的溴化鉛和碘化甲胺組合物中的一種或任意二種以上（含二種）按任意配比的混合物。

步驟d所述陰極修飾層通過在鈣鈦礦活性層上旋涂PCBM溶液制備，PCBM旋涂量為0.0023-0.0117mg/mm²。

步驟e所述金屬陰極通過掩膜板真空蒸鍍Ag制備。

本發(fā)明提供一種基于絲棒刮涂工藝的鈣鈦礦太陽能電池制備方法，該方法設(shè)備及工藝簡單、操作容易。刮涂面積與絲棒長度成正比，絲棒越長刮涂形成的鈣鈦礦活性層面積越大，鈣鈦礦活性層厚度可通過調(diào)整鋼絲直徑靈活控制。本發(fā)明為鈣鈦礦太陽能電池的大面積制備提供了一種有效的工藝手段。

附圖說明

圖1為本發(fā)明制備鈣鈦礦活性層所使用的絲棒剖面示意圖；

圖2為本發(fā)明制備的鈣鈦礦太陽能電池結(jié)構(gòu)示意圖。