[發(fā)明專利]一種應(yīng)用風(fēng)刀涂布制備鈣鈦礦太陽能電池的方法

有效

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• 申請日: 2017-11-08
• 公開（公告）號: CN109755394B
• 公開（公告）日: 2021-07-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 胡勁松;丁捷;葛倩慶
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院化學(xué)研究所
• 主分類號: H01L51/48
• 分類號: H01L51/48;H01L51/42;B05C11/06
• 代理公司: 北京知元同創(chuàng)知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11535
• 代理人: 劉元霞

本發(fā)明公開了一種應(yīng)用風(fēng)刀涂布制備鈣鈦礦太陽能電池的方法。所述方法應(yīng)用風(fēng)刀涂布來制備高質(zhì)量鈣鈦礦薄膜、電子傳輸材料薄膜和空穴傳輸材料薄膜。利用壓縮氣體進入風(fēng)刀后形成的高強度氣流薄膜，均勻涂布鈣鈦礦前驅(qū)體溶液，同時快速帶走溶液中的溶劑成分，促進均勻地爆發(fā)式成核及生長，從而制備結(jié)晶性好、大范圍內(nèi)均一、平整、無缺陷、無孔洞的高質(zhì)量鈣鈦礦薄膜。另外，所述方法可制備得到大面積、均勻、平整、無缺陷的高質(zhì)量電子傳輸材料薄膜和空穴傳輸材料薄膜。所述制備方法操作簡單，可操作性與可控性強，適合大面積鈣鈦礦薄膜太陽能電池的制備，因此在太陽能電池領(lǐng)域或其它科學(xué)領(lǐng)域具有巨大的潛在應(yīng)用價值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于薄膜制備技術(shù)和太陽能電池技術(shù)領(lǐng)域，涉及溶液法制備大面積薄膜及其在鈣鈦礦太陽能電池中的應(yīng)用，具體涉及一種應(yīng)用風(fēng)刀涂布制備鈣鈦礦太陽能電池的方法，特別是一種應(yīng)用風(fēng)刀涂布鈣鈦礦薄膜、電子傳輸材料薄膜及空穴傳輸材料薄膜、并以其分別作為吸光層、電子傳輸層和空穴傳輸層應(yīng)用于鈣鈦礦太陽能電池的制備方法。

背景技術(shù)

目前，環(huán)境污染和化石能源的日益枯竭制約了人類社會的可持續(xù)發(fā)展。太陽能作為一種取之不盡用之不竭的可再生清潔能源，已在全球范圍內(nèi)得到廣泛關(guān)注，成為人類社會解決環(huán)境和能源短缺問題的重要突破口。基于光生伏打效應(yīng)的太陽能電池是實現(xiàn)太陽能轉(zhuǎn)換成電能的有效單元。

近幾年來，一種具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的有機-金屬鹵化物因其較強的光吸收能力和載流子傳輸能力引起了光伏界的極大關(guān)注。2009年,Miyasaka等人將甲胺插層的鹵化鉛作為染料敏化太陽能電池中的吸光材料,獲得了3.8％的光電轉(zhuǎn)換效率。經(jīng)過七年的發(fā)展，目前實驗室制備的小面積(0.1cm²)鈣鈦礦太陽能電池的認證效率已達到22.1％，大面積(1cm²)也已達到19.7％，表現(xiàn)出了巨大的應(yīng)用潛力。

鈣鈦礦型材料典型結(jié)構(gòu)分子式為ABX₃，應(yīng)用于太陽能電池吸光層的材料中，A為CH₃NH₃⁺，CH₃CH₂NH₃⁺，NH₂CH＝NH₂⁺等，B為Pb²⁺、Sn²⁺等，X為鹵素離子。鈣鈦礦薄膜作為鈣鈦礦太陽能電池中的光電轉(zhuǎn)換材料，是電池的核心與關(guān)鍵，制備均勻致密的高質(zhì)量鈣鈦礦薄膜，是提高器件整體性能的一個關(guān)鍵因素。

鈣鈦礦薄膜可以采用多種方法進行制備,較為常見的有一步溶液法(簡稱一步法)、兩步溶液法(簡稱兩步法)、雙源蒸汽法以及溶液-氣相沉積法等。其中，較為成熟的一步法和兩步法都是基于旋涂工藝的成膜方法，然而旋涂法適用于實驗室制備小面積器件，無法在工業(yè)生產(chǎn)中實現(xiàn)大面積制備和應(yīng)用。氣相法則需要很高的真空度，對設(shè)備要求高，能耗大，工藝制造成本高，因此也不適宜大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)。除了鈣鈦礦吸光層外，載流子傳輸層對器件性能也有著至關(guān)重要的影響。目前制備載流子傳輸層的常用方法使旋涂法，限制了大面積器件的組件。因此，開發(fā)一種成膜質(zhì)量高、可控性強、低成本、可大規(guī)模生產(chǎn)的工藝對大規(guī)模生產(chǎn)太陽能電池組件有重大意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于風(fēng)刀涂布來制備高質(zhì)量鈣鈦礦層、電子傳輸層和空穴傳輸層的方法，并且將采用該方法制備得到的高質(zhì)量鈣鈦礦薄膜、電子傳輸材料薄膜和空穴傳輸材料薄膜應(yīng)用于高效率鈣鈦礦太陽能電池的吸光層、電子傳輸層和空穴傳輸層。采用該方法可以方便快速地制備高效率鈣鈦礦薄膜太陽能電池，提高鈣鈦礦太陽能電池面積，適合太陽能電池的大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。

本發(fā)明首先提供一種有機無機復(fù)合鈣鈦礦薄膜的制備方法，包括以下步驟：

(1)配制鈣鈦礦型材料的前驅(qū)體溶液；

(2)使用風(fēng)刀涂布所述鈣鈦礦前驅(qū)體溶液制備鈣鈦礦前驅(qū)體薄膜；

(3)將所述鈣鈦礦前驅(qū)體薄膜在熱臺上進行退火，得到所述有機無機復(fù)合鈣鈦礦薄膜。