[發明專利]一種弱磁場作用的磁性鈣鈦礦薄膜的制備方法

在審

• 申請號: 202110499211.4
• 申請日: 2021-05-08
• 公開（公告）號: CN113421978A
• 公開（公告）日: 2021-09-21
• 發明（設計）人: 鐘敏;邸晶;王益杰;周瑾璟;葛洪良
• 申請（專利權）人: 中國計量大學
• 主分類號: H01L51/48
• 分類號: H01L51/48;H01L51/46;H01L51/42;H01F13/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 萬尾甜;韓介梅

本發明公開了一種弱磁場作用的磁性鈣鈦礦薄膜的制備方法，首先在FTO導電玻璃基底上制備ZnO納米棒陣列薄膜，再采用溶膠?凝膠法在其上包覆TiO₂，獲得ZnO@TiO₂納米棒陣列薄膜；之后采用兩步連續溶液沉積法，先在上述薄膜表面旋涂PbI₂前驅體溶液，再浸入CoI₂?CH₃NH₃I異丙醇溶液中反應，之后對薄膜進行退火處理的同時施加弱磁場作用，制得弱磁場作用的CH₃NH₃Pb_0.9Co_0.1I₃薄膜；本發明通過弱磁場作用對CH₃NH₃Pb_0.9Co_0.1I₃鈣鈦礦進行改性，可以明顯改善相應電池的光伏性能、濕度穩定性、熱穩定性和光穩定性，有利于推動其商業化。

技術領域

本發明屬于太陽能電池的制備技術領域，具體涉及鈣鈦礦太陽能電池光吸收層的制備方法，尤其涉及一種弱磁場作用的磁性鈣鈦礦薄膜的制備方法。

背景技術

鈣鈦礦由于具有優異的電荷輸運特性、長載流子擴散長度、全光譜吸收和高吸收系數等光電特性，在太陽能電池領域引起了廣泛的關注。這些優點使它們能夠有效地捕獲光子并實現光電轉換。自2009年以來，有機-無機雜化鈣鈦礦型太陽能電池發展迅速，其光電轉換效率(PCE)從3.8％迅速提高到25.5％。然而，有機-無機雜化鈣鈦礦極易受空氣中水分、光、熱、氧等因素的影響，導致鈣鈦礦材料的分解。因此，鈣鈦礦型太陽能電池的長期穩定性受到抑制，成為鈣鈦礦型太陽能電池進一步商業化的主要瓶頸。為了解決這個問題，本發明通過在鈣鈦礦中摻雜磁性鈷離子，施加弱磁場作用，改善了鈣鈦礦薄膜及相應太陽能電池的穩定性，為提高鈣鈦礦型太陽能電池的性能提供了一種新的思路，為促進鈣鈦礦型太陽能電池的商業化提供了有價值的參考。本發明的研究結果表明，改善了CH₃NH₃PbI₃鈣鈦礦薄膜的形貌、結構、光學性能、穩定性以及相應器件的穩定性。

發明內容

本發明的目的是提供一種改善鈣鈦礦太陽能電池穩定性的方法，該方法的核心是一種弱磁場作用的磁性鈣鈦礦薄膜的制備方法，該方法制得的鈣鈦礦薄膜應用于太陽能電池可以有效提升器件穩定性，促進其商業化的進程。

本發明的弱磁場作用的磁性鈣鈦礦薄膜的制備方法，可以包括以下步驟：

(1)將質量濃度為0.005g/mL～0.007g/mL的醋酸鋅的乙醇溶液，旋涂95μL～105μL到經過紫外臭氧處理的FTO導電玻璃基底上，按3000r/min旋涂30s，旋涂3次，然后在150℃退火15min；再重復上述過程按3000r/min旋涂30s，旋涂3次，150℃退火15min；最后按3000r/min旋涂30s，旋涂3次，350℃退火45min,得到了以FTO導電玻璃為基底的ZnO種子層。

(2)將25mM～100mM的Zn鹽水溶液和質量濃度0.001～0.006g/mL的聚乙烯基吡咯烷酮水溶液按Zn²⁺/聚乙烯基吡咯烷酮摩爾比為1：2～2：1混合，得到混合溶液；

(3)在步驟(2)制備的混合溶液中加入氨水，調節pH值為9～11，得到生長液。

(4)將步驟(1)制備的以FTO導電玻璃為基底的ZnO種子層水平倒置在懸掛架上浸入步驟(3)制備的生長液中，95℃-105℃水浴反應4-12min，用去離子水沖洗干凈，N₂吹干，得到基片。

(5)將步驟(4)取出的基片放在剛玉舟上，置入管式爐中，在O₂流量為10-50mL/min下，以5℃/min的加熱速率從室溫升溫到350℃-450℃，氧化燒結10min～60min。

(6)將步驟(5)處理過的基片自然降溫至室溫后，用去離子水中反復漂洗，于空氣中晾干，得到以FTO導電玻璃為基底的ZnO納米棒陣列薄膜。