[發明專利]一種基于磁控濺射鈣鈦礦光吸收層的光伏器件的制備方法

在審

• 申請號: 202210198608.4
• 申請日: 2022-03-02
• 公開（公告）號: CN114583064A
• 公開（公告）日: 2022-06-03
• 發明（設計）人: 羅派峰;孫甲;古寅生
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: H01L51/48
• 分類號: H01L51/48;H01L51/42;C23C14/06;C23C14/08;C23C14/35;C23C14/58
• 代理公司: 合肥云道爾知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 34230
• 代理人: 陳蘭

本發明公開了一種基于磁控濺射鈣鈦礦光吸收層的光伏器件的制備方法，所述方法包括以下步驟：(1)將FTO透明導電玻璃清洗、吹干；(2)在FTO透明導電玻璃上制備致密TiO₂和SnO₂電子傳輸層；(3)在所述電子傳輸層上采用磁控濺射技術制備鈣鈦礦光吸收層；(4)在所述的鈣鈦礦光吸收層上制備Spiro?OMeTAD空穴傳輸層；(5)在所述空穴傳輸層上蒸鍍Ag作為頂電極，即得到所述光伏器件。本發明制備的光伏器件光電轉換效率達到13.09％，并表現出良好的長期穩定性。

技術領域

本發明涉及薄膜太陽能電池材料及器件領域，具體涉及一種基于磁控濺射鈣鈦礦光吸收層的光伏器件的制備方法。

背景技術

目前，由于工業的迅猛發展，化石能源的消耗量與日俱增，急需尋找其它可替代能源。太陽能作為一種環境友好型，可持續能源而被廣泛關注，然而太陽能電池能夠直接將太陽能轉換為電能，到目前為止，光伏器件可分為：第一代晶硅太陽能電池：單晶硅、多晶硅；第二代薄膜太陽能電池：CIGS、非晶硅；第三代新型太陽能電池：染料敏化、有機、鈣鈦礦電池。

在眾多的光伏器件中，鈣鈦礦太陽能電池作為第三代新型太陽能電池由于具有成本低和制備工藝簡單等優點而得到了迅速的發展，其效率而晶硅太陽能電池相當，但目前常見的鈣鈦礦光伏器件中鈣鈦礦薄膜的沉積方法為旋涂法，旋涂法很難制備高質量的大面積薄膜，磁控濺射作為一種成熟的薄膜制備技術，已被廣泛用于制備金屬，金屬氧化物和半導體薄膜，在制備PSCs方面具有很大的應用潛力，使用磁控濺射技術制備鈣鈦礦光伏器件能夠實現成分可控、無溶劑、操作簡單、可以解決大面積均勻性、溶液法粗糙孔洞等問題，從而可進行大面積制備和批量生產。同時磁控濺射沉積技術具有適形、致密、可實現低溫制備沉積等特點，適用于在具有絨面結構的硅上制備疊層光伏器件。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于磁控濺射鈣鈦礦光吸收層的光伏器件的制備方法，其所述的鈣鈦礦光伏器件能夠獲得較高的光電性能以及優異的穩定性；所述制備方法能夠進行鈣鈦礦光伏器件大面積制備和批量生產。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種基于磁控濺射鈣鈦礦光吸收層的光伏器件的制備方法，所述方法包括以下步驟：

(1)將FTO透明導電玻璃清洗、吹干；

(2)在FTO透明導電玻璃上制備致密TiO₂和SnO₂電子傳輸層；

(3)在所述電子傳輸層上采用磁控濺射技術制備鈣鈦礦光吸收層；

(4)在所述的鈣鈦礦光吸收層上制備Spiro-OMeTAD空穴傳輸層；

(5)在所述空穴傳輸層上蒸鍍Ag作為頂電極，即得到所述光伏器件。

優選地，所述步驟(3)中，鈣鈦礦光吸收層的制備方法包括以下步驟：

(1)采用直流濺射金屬Pb靶，抽真空至2×10^-4Pa，通過Ar/O₂混合氣體，調節濺射功率和濺射壓強，濺射3～5min，濺射結束后通入氮氣，待濺射腔室氣壓為大氣壓時，取出，即得到PbO薄膜；

(2)將CH₃NH₃I粉末和PbO薄膜放置到管式爐中，抽真空至10Pa，升溫至145℃后進行保溫，反應結束后，待管式爐自然冷卻至室溫，取出樣品，即得到MAPbI₃鈣鈦礦薄膜。

優選地，所述Ar：O₂的體積比為30：10～60：10。

優選地，所述濺射功率為15～50W，濺射腔室壓強為0.2～0.8Pa。