[發明專利]一種柔性大面積鈣鈦礦光伏器件及其制備方法

在審

• 申請號: 202010889313.2
• 申請日: 2020-08-28
• 公開（公告）號: CN111883673A
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發明（設計）人: 于軍勝;張大勇;趙世雄;鄭華靖
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01L51/48
• 分類號: H01L51/48;H01L51/42;H01L51/44
• 代理公司: 成都弘毅天承知識產權代理有限公司 51230
• 代理人: 謝建

本發明公開了一種柔性大面積鈣鈦礦光伏器件及其制備方法，所述鈣鈦礦光伏器件從下到上依次設置為柔性PI襯底、透明導電陽極ITO層、PEDOT:PSS陽極緩沖層、鈣鈦礦活性層、PCBM電子緩沖層、Bphen空穴阻擋層、金屬陰極。通過采用變溫速熱退兩步法的處理方式，第一步使用低溫結晶法抑制鈣鈦礦薄膜成核速率，第二步采用迅速升溫法進行熱退火處理提高鈣鈦礦薄膜結晶生長速率，同時實現了抑制成核速率、提高晶體生長速率兩種目標。解決了無法在成膜和后續處理期間同時控制鈣鈦礦薄膜的成核速率和晶體生長這一技術難題。

技術領域

本發明屬于柔性鈣鈦礦光伏器件或柔性鈣鈦礦薄膜太陽能電池領域，具體涉及一種柔性大面積鈣鈦礦光伏器件及其制備方法。

背景技術

隨著經濟社會的飛速發展，化石能源的開采量及消耗量與日俱增，而由此帶來的化石能源儲量驟減及環境污染這兩大類問題也隨之出現，基于此，開發利用新型清潔能源是當前世界各國的統一認知，也是人類社會進一步發展的必要舉措。在這之中，開發利用太陽能光能受到了科研人員的廣泛關注，作為一種可再生、完全綠色能源無污染，且儲量無窮盡的日常資源，人類生活與太陽光能息息相關，因此，開發利用太陽能這一清潔能源也被視為是最有研究前景的新型能源研究之一，其中太陽能電池以其能夠直接將太陽光能直接轉換為電能特性，逐漸成為前沿熱門研究領域。太陽能電池的發展由來已久，根據電池所用材料的更新來分類，可以簡單的將太陽能電池分為第一代硅基半導體太陽能電池，第二代非晶硅無機半導體太陽能電池，第三代染料敏化、有機、鈣鈦礦等薄膜太陽能光伏電池，其中第一、二代太陽能電池因其制備成本高昂、生產過程中具有一定的環境污染性等因素，逐漸被第三代新型薄膜太陽能電池工藝取代，而在這其中，鈣鈦礦光伏電池以其成本低廉、能量轉換效率高等特點，成為目前光伏領域研究的重中之重。

近年來，混合有機-無機金屬鹵化物鈣鈦礦半導體以其低成本、可柔性大面積制備，吸收強度高等特性廣受研究人員關注，同時，小面積鈣鈦礦光伏電池的功率轉換效率已超過許多成熟的薄膜光伏技術，因此混合有機-無機金屬鹵化物鈣鈦礦半導體光伏器件成為下一代薄膜光伏器件的商業化的有力候選者。然而，基于溶液法大規模制備鈣鈦礦層依舊充滿挑戰。目前，使用噴涂或印刷前體溶液，然后將其結晶成鈣鈦礦結構的方式制備鈣鈦礦層是研究人員通用的工藝方式，其中，現有技術制備鈣鈦礦光伏器件存在的最關鍵的技術難題是必須在成膜期間控制鈣鈦礦薄膜的成核速率，同時，在后續處理期間提高晶體生長速率，以便獲得大面積、高質量的無針孔鈣鈦礦薄膜，基于此，如何提供一種有效的工藝方法，同時實現抑制成核速率、提高晶體生長速率兩種目標，進而制備高質量鈣鈦礦薄膜成為該領域急需解決的一道難題。

發明內容

本發明所要解決的問題是：如何提供一種柔性大面積鈣鈦礦光伏器件及其制備方法，旨在提供一種簡潔有效的處理工藝，解決大面積鈣鈦礦光伏器件中鈣鈦礦薄膜結晶性差，結晶顆粒尺寸小的問題，進而提高鈣鈦礦光伏器件性能，進一步地，該方法能夠有效去除鈣鈦礦薄膜內部應力，增強鈣鈦礦薄膜柔韌性，進而為制備柔性高效鈣鈦礦光伏器件打下基礎。

本發明的技術方案為：

一種柔性大面積鈣鈦礦光伏器件及其制備方法，從下到上依次為柔性PI襯底，透明導電陽極ITO層，PEDOT:PSS陽極緩沖層，鈣鈦礦活性層，PCBM電子緩沖層，Bphen空穴阻擋層，金屬陰極；采用變溫速熱退火兩步法的處理方式，第一步使用低溫結晶法抑制鈣鈦礦薄膜成核速率，第二步采用迅速升溫法，對低溫基片進行熱退火處理，以提高鈣鈦礦薄膜結晶生長速率。該方法有效結合環境低溫對鈣鈦礦薄膜成核速率的抑制作用及牛頓冷卻定律，能夠制備高質量大尺寸晶粒鈣鈦礦薄膜，進一步的，變溫速熱法能夠有效去除鈣鈦礦薄膜內部應力，提高鈣鈦礦薄膜機械柔韌性，進而制備大面積、柔性高效鈣鈦礦光伏器件。

作為優選，所述鈣鈦礦薄膜MAI和PbI2的混合溶液MAPbI3制備而成，厚度范圍為500～1000nm；所述混合溶液中MAI和PbI2摩爾百分比為1:6～6:1。

作為優選，所述柔性PI襯底，耐受溫度為300℃。