[发明专利]一种基于全涂布工艺的钙钛矿太阳能电池的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能电池，尤其是涉及一种基于全涂布工艺的钙钛矿太阳能电池的制备方法。

背景技术

钙钛矿型太阳能电池指的是以具有钙钛矿晶体结构的一大类材料作为光电转换活性层的一种太阳能电池。这类材料具有合适的带隙，吸光系数高，以及优异的载流子产生和分离的能力，加上其简单，低成本的的薄膜制备方法，使得钙钛矿型太阳能电池有了很大的前景。目前钙钛矿太阳能电池的钙钛矿薄膜主要通过旋涂与浸泡、高真空热蒸发等方法实现实验室制备；电极则通过热蒸镀或印刷金属电极等方式制备。目前，小面积的器件的效率已经接近20％。但因其无法有效的应用于大面积器件的制备以及金属电极可能带来的高成本，限制了钙钛矿太阳能电池的产业化发展。

中国专利CN103943782A公开一种低温全溶液法制备钙钛矿太阳能电池的方法，其包括以下步骤：1)在清洗后的ITO基底上旋涂一层PEDOT:PSS，旋涂转速为1000～3000rpm，旋涂时间为10～30s，然后在150℃下烧结10～30min；2)将铜铟硫粉体与钙钛矿前驱体的混合悬浊液滴涂在PEDOT:PSS层上，并使悬浊液均匀的在PEDOT:PSS层上完全铺展开，将样品在100℃下退火30min得到一层黑色的致密膜，所述悬浊液的用量为5～20uL/cm²；3)使用丝网印刷的方法在黑色致密膜上刷涂一层银浆，并在100℃下使其固化。

中国专利CN103996749A公开一种钙钛矿太阳能电池光阳极的原位制备方法，将含铅化合物均匀分散于二氧化钛浆体中，采用刮涂法或旋涂法成膜于导电基底材料上，通过高温烧结获得二氧化钛与氧化铅的复合薄膜；经过氢卤酸溶液处理，原位获得二氧化钛与卤化铅的复合薄膜；在其表面旋涂一层卤化铅；经过有机卤化胺溶液处理，原位获得卤化有机铅钙钛矿吸光材料与二氧化钛接触良好、填充和覆盖均匀的复合光阳极。

发明内容

本发明的目的在于提供可实现低成本、高效率、产业化的一种基于全涂布工艺的钙钛矿太阳能电池的制备方法。

本发明包括以下步骤：

1)在透明导电基底上采用涂布工艺依次制备电子传输层、钙钛矿活性层、空穴传输层；所述涂布工艺采用slot-die涂布或喷雾式涂布；

2)在空穴传输层上涂布顶电极，所述涂布采用丝网印刷和刮刀涂布。

在步骤1)中，所述电子传输层采用TiO₂电子传输层；涂布电子传输层的方法可为：

直接涂布一层TiO₂纳米溶液，150℃退火10min即可；或

采用TiO₂致密层/TiO₂介孔层结构，先涂布四异丙醇钛溶液，500℃退火30min后形成TiO₂致密层，然后涂布稀释过的TiO₂浆料，再次进行500℃退火30min，形成TiO₂介孔结构；或

先涂布四异丙醇钛溶液，100℃烘干，冷却后涂布TiO₂浆料，然后500℃退火30min；

可通过控制出墨量、出墨速度、溶液浓度、退火温度等来控制电子传输层的厚度和形貌。

涂布钙钛矿活性层的方法可为：

采用两步涂布，先涂布一层PbI₂，溶剂为二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亚砜(DMSO)中的至少一种，待其自然干燥或低温烘干后，涂布CH₃NH₃I的异丙醇溶液，热风吹干或低温烘干，即得钙钛矿活性层；或

采用一步涂布，直接涂布PbI₂、CH₃NH₃I和CH₃NH₃Cl的混合溶液，溶剂为二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亚砜(DMSO)中的至少一种，PbI₂、CH₃NH₃I和CH₃NH₃Cl的摩尔比为1∶1∶1，即得钙钛矿活性层。

当采用两步涂布时，可通过控制涂布工艺、溶液浓度及烘干条件等来控制PbI₂的成膜厚度及质量，并且通过控制CH₃NH₃I的浓度和涂布工艺使其与下层PbI₂反应形成均匀高质量的钙钛矿薄膜，并且可以不用对其进行清洗即可继续后续的涂布。此种方法避免了长时间浸泡对钙钛矿层的损坏，并且使得工艺更加简单。