[發明專利]一種高質量鈣鈦礦薄膜和鈣鈦礦太陽電池的制備方法

有效

• 申請號: 202010615405.1
• 申請日: 2020-06-30
• 公開（公告）號: CN111710782B
• 公開（公告）日: 2022-06-17
• 發明（設計）人: 章文峰;林埔安;黃躍龍
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/46;H01L51/48
• 代理公司: 西安銘澤知識產權代理事務所(普通合伙) 61223
• 代理人: 姬莉

本發明公開了一種高質量鈣鈦礦薄膜和鈣鈦礦太陽電池的制備方法，屬于光電器件制備技術領域。該方法包括在清洗后的基片上旋涂SnO₂旋涂液；將PbI₂粉末溶解于DMF和DMSO的混合溶液配置成PbI₂溶液，混合溶液由DMF和DMSO按照1?19:1混合獲得；攪拌至溶解；將PbI₂溶液過濾后旋涂到SnO₂電子傳輸層上，將基片放置于70℃下加熱0?10min，得PbI₂層；迅速將純水置于PbI₂上，靜置，將水旋轉去除；將FA/MA二元溶液旋涂到PbI₂層上得鈣鈦礦層；將空穴前驅體溶液旋涂在鈣鈦礦層上，氧化；將具有空穴傳輸層的樣品再進行真空蒸鍍銀電極，獲得鈣鈦礦太陽電池。本發明的制備方法可取得高于20％的器件效率，適合于低成本、大規模鈣鈦礦太陽電池器件的制備，是一種具有應用前景的鈣鈦礦薄膜后期處理工藝。

技術領域

本發明涉及光電器件制備技術領域，具體涉及一種高質量鈣鈦礦薄膜和鈣鈦礦太陽電池的制備方法。

背景技術

可再生能源的利用和發展以及環境友好已經是近年來人們最為關心的問題。太陽能電池的發展已經在一定的程度上解決了這種問題。鈣鈦礦電池的發展時間較短但是發展很迅速，目前效率也已突破25％。目前鈣鈦礦電池的一種基本結構(從入光側開始)為：導電玻璃(ITO/FTO)、電子傳輸層(常用材料是SnO₂/TiO₂)、鈣鈦礦層(MAPbI₃/FAPbI₃)、空穴層(Spiro-OMeTAD)、金屬電極。在鈣鈦礦型太陽電池研究領域中，鈣鈦礦光吸收層薄膜質量高低是能否獲得高效率電池的關鍵。良好的光吸收層要求鈣鈦礦結晶良好，薄膜平整，缺陷及雜質少；高質量的薄膜能夠有效減少鈣鈦礦中電子和空穴的再復合，同時能夠較大程度地提高載流子的擴散長度，從而提高光電轉換效率。

在目前的實驗研究中，鈣鈦礦吸光層的制備方法有一步溶液沉積法、兩步溶液沉積法等。一步溶液法較為簡單，是將在前驅體溶液直接涂覆在基底上形成鈣鈦礦層的方法。兩步法是先將PbI₂層涂覆好后在涂覆MAI或者FAI等溶液或者他們的混合溶液，反應生成鈣鈦礦。相較于一步法，兩步法能更好的控制鈣鈦礦層的結晶，制備得質量更好的鈣鈦礦層。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有技術中的問題，本發明的目的在于，提供一種獲得大晶粒高質量鈣鈦礦薄膜的后期處理方法及其應用。這種鈣鈦礦薄膜的制備方法工藝簡單，成本低，且重復性好，實用性強，并且適用在大面積鈣鈦礦薄膜和大規模的批量處理上。在基本不增加工藝復雜性和使用極其廉價易得的水的情況下就能獲得大晶粒的高質量薄膜，這與傳統的使用有機溶劑對PbI₂層的處理相比，在降本上成果明顯，而且相較于大多數有機溶劑的毒性，水的使用避免了這種毒性對人體的傷害。使用此方法可以使電池的轉化效率超過20％。

本發明的目的之一是提供一種高質量鈣鈦礦薄膜的制備方法，采用純水對PbI₂層進行預處理，該處理先將水層覆蓋在PbI₂層表面，靜置，最后去除水層。

本發明目的之二是提供一種鈣鈦礦太陽電池的制備方法，包括以下步驟：

S1、清洗基片；

S2、在清洗后的基片上旋涂SnO₂旋涂液，得到SnO₂電子傳輸層；

S3、將PbI₂粉末溶解于DMF和DMSO的混合溶液配置成PbI₂溶液，所述混合溶液由DMF和DMSO按照1-19:1混合獲得；PbI₂溶液的摩爾濃度為1-1.3mol/L，置于70℃下攪拌至溶解；