[发明专利]制备钙钛矿基薄膜太阳电池的方法及喷墨打印机

说明书

技术领域

本发明涉及太阳电池技术领域，特别是涉及一种制备钙钛矿基薄膜太阳电池的方法和适用于制备钙钛矿基薄膜太阳电池的喷墨打印机。

背景技术

目前传统硅基太阳电池技术是最为成熟、应用最广的光伏技术，但是因其存在高成本、高污染等问题，不利于大规模应用。因此发展低成本太阳电池材料与技术十分必要。新型薄膜太阳电池由于其低廉的原料成本和简单的制备工艺受到人们的重视。其中寻找易于合成、低成本和环境友好的新材料是促进薄膜太阳电池发展的必由之路。钙钛矿型有机卤化铅材料(比如CH₃NH₃PbX₃(X＝I，Br，Cl))以其优异的光电性能、易于合成的性质吸引了众多科研人员的注意和研究兴趣，被广泛用作薄膜太阳电池的吸光层材料。目前基于该材料的薄膜太阳电池效率已经达到15％，具有很大的应用潜力。

目前制作薄膜的方法包括溅射、蒸镀、丝印、旋涂、刮涂、涂覆和喷墨打印等方法，其中溅射和蒸镀成本高，丝印厚度和精度不好可控制，旋涂不适于大规模生产，涂覆和喷墨打印可适用于低成本、连续、大面积的规模化工业生产中。与涂覆相比，喷墨打印的厚度和位置控制精确，具有微米级分辨率，可实现全数字图形输出，可通过计算机对加工过程灵活高精度控制。如果能够将喷墨打印技术应用在钙钛矿基薄膜太阳电池制备过程中，更有利于钙钛矿基薄膜太阳电池大规模、连续、低成本工业化生产。但利用现有的喷墨打印工艺制备钙钛矿基薄膜太阳电池时，打印的薄膜质量不好，制备的钙钛矿基薄膜太阳电池的效率很低，难以令人满意。

发明内容

本发明的一个目的在于针对现有技术中存在的上述缺陷，提供一种适合于制备钙钛矿基薄膜太阳电池等电池器件的喷墨打印机。

本发明的另一个目的在于提供一种新的制备钙钛矿基薄膜太阳电池的方法。

按照本发明的一个方面，本发明提供了一种制备钙钛矿基薄膜太阳电池的方法，所述钙钛矿基薄膜太阳电池具有在一个基底上层叠形成的多个薄膜层，所述方法包括利用喷墨打印工艺采用与各薄膜层的材料对应的墨水在所述基底上逐层打印每一所述薄膜层。

在一种实施方式中，所述多个薄膜层可包括一支架层，在打印所述支架层的过程中，同时在所述基底的下方对所述基底进行下加热以及在所述基底的上方对所述基底上已经形成的薄膜层进行上加热。

在一种实施方式中，可在打印每一所述薄膜层的过程中均同时进行所述上加热和所述下加热。

在一种实施方式中，所述支架层的材料可为TiO₂、Al₂O₃、ZrO₂或SiO₂，与所述支架层对应的墨水可为由所述支架层的材料与造孔剂在对应溶剂中形成的颗粒小于1μm的均匀分散溶液；可选地，在打印所述支架层的过程中，所述上加热温度为20-150℃，下加热温度为20-150℃。

在一种实施方式中，所述多个薄膜层还可包括一致密层，所述致密层形成在所述基底与所述支架层之间，所述致密层的材料为TiO₂或ZnO，与所述致密层对应的墨水可为由所述致密层的材料的前驱体与对应溶剂配置成的溶液；可选地，在打印所述致密层的过程中，上加热温度为20-150℃，下加热温度为20-150℃。

在一种实施方式中，所述多个薄膜层还可包括一有机金属半导体吸光层，其形成在所述支架层之上，所述有机金属半导体吸光层的材料可选自化学通式为(RNH₃)BX_mY_n中的一种或多种，其中R＝CH₃，C₄H₉，C₈H₉；B＝Pb，Sn；X，Y＝Cl，Br，I；m＝1，2，3；n＝3-m；

其中，与所述有机金属半导体吸光层对应的墨水可为由(RNH₃)X_m和BY_n一起溶解在对应溶剂中形成的溶液；或者，与所述有机金属半导体吸光层对应的墨水包括由(RNH₃)X_m和BY_n分别单独溶解在对应溶剂中形成的独立的两种溶液，在打印所述有机金属半导体吸光层时所述两种溶液被分别喷射；优选所述两种溶液同时喷射；

可选地，在打印所述有机金属半导体吸光层的过程中，上加热温度为20-150℃，下加热温度为20-150℃。