[發明專利]一種利用高頻微振增強薄膜潤濕性的方法及設備

在審

• 申請號: 202011197219.7
• 申請日: 2020-10-30
• 公開（公告）號: CN112490373A
• 公開（公告）日: 2021-03-12
• 發明（設計）人: 楊冠軍;劉梅軍;張高;劉研;李長久
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H01L51/48
• 分類號: H01L51/48;H01L51/42
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 范巍

本發明公開了一種利用高頻微振增強薄膜潤濕性的方法及設備，屬于材料科學技術和薄膜制備技術領域。首先，將涂覆物質體系涂覆于太陽電池基體或薄膜表面，并采用多個振動源使太陽電池基體產生振動，在太能電池基體或薄膜表面形成一層液膜，其次，將太陽電池基體或薄膜表面的液膜進行干燥、退火處理，在太陽電池基體或薄膜表面形成潤濕薄膜。在多源多向高頻微振作用下，液膜與太陽電池基體或薄膜凹坑交互的前緣，不斷發生高頻的動態潤濕作用，從而驅趕凹坑內部氣泡，實現大粗糙度、大起伏、深凹坑的浸潤與填充，大大減少了薄膜與太陽電池基體或薄膜的未覆蓋區域，有效提高了薄膜的涂覆速度和涂覆質量，為廉價、快速制備大面積鈣鈦礦太陽電池提供了技術方案。

技術領域

本發明屬于材料科學技術和薄膜制備技術領域，涉及溶液法制備大面積薄膜及其在鈣鈦礦太陽電池中的應用，具體涉及一種利用高頻微振增強薄膜潤濕性的方法及設備。

背景技術

伴隨能源短缺與環境惡化對人們生活的影響，太陽能清潔能源的利用和發展成為人們關注的重要領域。在太陽能電池領域，具有ABX3鈣鈦礦結構的光電轉換材料，因其較高的光電轉換效率、便捷的溶液制備方法、優異的載流子輸運性能引起科研人員不斷地探索。十年來，鈣鈦礦太陽電池的光電轉換效率自3.9％一路攀升，迄今為止鈣鈦礦太陽電池的最高效率已經達到25.2％，大面積鈣鈦礦太陽電池效率超過20％。

太陽電池中鈣鈦礦光吸收層、電子傳輸層、空穴傳輸層等功能層，是太陽電池光電轉換的重要組成部分。目前，實驗室制備小面積鈣鈦礦液膜、電子傳輸層液膜、空穴傳輸層液膜的方法主要是旋涂法，具有較高的可控性和重復性，然而實驗室制備的電池液膜最大尺寸不超過225cm²(15cm×15cm)?，F有大面積鈣鈦礦液膜的制備方法眾多，其中具有發展前景的主要包括狹縫涂布法、刮涂法、噴涂法等方法。在大面積涂覆鈣鈦礦液膜流程中，需要較快的涂覆速度以保證生產效率和薄膜質量，現有涂膜方法中，由于導電玻璃基板或薄膜的表面凹坑，氣-液-固三相界受到基體粗糙起伏和內部氣體的影響，尚不能夠實現高速涂膜。

為了獲得快速涂覆及高質量界面的大面積鈣鈦礦太陽電池，科研人員對鈣鈦礦溶液涂覆過程(基體起伏、表面添加劑、涂膜條件等)展開了廣泛的研究。相關工業流程通過拋光粗糙基體表面，減少基體粗糙起伏對于涂膜過程的影響。還有研究表明，通過引入多種表面活性劑可以改善基體的潤濕性、抑制溶液的非均勻流動，實現鈣鈦礦溶液的快速刮涂。還有通過調控涂膜過程中的環境壓強，減少凹坑內殘存的氣體，降低液膜前緣的浸潤阻力。然而，大多數上述方法未能獲得良好的太陽電池器件性能，或者具有高昂的生產成本，并不適用于規模化的涂膜生產，不便于實現高質量、大面積的太陽電池液膜的制備。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種利用高頻微振增強薄膜潤濕性的方法及設備，以解決制備大面積鈣鈦礦太陽電池薄膜中，由于界面氣泡引入夾雜造成膜層界面缺陷的技術問題，以及低壓設備的生產成本問題。

為了達到上述目的，本發明采用以下技術方案予以實現：

一種利用高頻微振增強薄膜潤濕性的方法，包括以下步驟：

1)依次將空穴傳輸層材料、鈣鈦礦光吸收層材料和電子傳輸層材料涂覆于太陽電池基體表面，并采用多個振動源使太陽電池基體產生頻率為250KHz～500KHz、振幅為3nm～凹坑平均深度十分之一的振動，在太能電池基體表面形成一層厚度≤10μm的液膜；

2)將太陽電池基體表面的液膜進行干燥、退火處理，在太陽電池基體表面形成潤濕薄膜。

進一步地，振動源方向垂直于太陽電池基體表面或平行于太陽電池基體表面或二者的復合方向。

進一步地，步驟1中，空穴傳輸層材料為金屬氧化物、CuI、CuI₂導電碳漿、聚噻吩衍生物和spiro-OMeTAD中的一種或幾種。