[发明专利]一种柔性钙钛矿太阳能电池的制备工艺

说明书

技术领域

本发明属于太阳能电池领域，更具体地，涉及一种柔性钙钛矿太阳能电池的制备工艺。

背景技术

目前，钙钛矿因为其出色的光吸收能力以及电子传输能力第一次被应用到太阳能电池当中，经过多年的发展，太阳能电池的光电转化效率已经由最初的3.8％提升到了19％，是一种极有发展潜力的一种光电转化材料。随着研究的不断深入，电池的效率极有可能超过目前发展较为成熟的单晶硅太阳能电池。

在钙钛矿电池的制备工艺中，光阳极通常是采用经过500℃退火晶化后的锐钛矿TiO₂的多孔结构。同时，对电极制备通常采用的是电子束热蒸发贵金属金或银的工艺过程。500℃退火以及电子束热蒸发需要的高真空度，加上贵金属的消耗，使得电池制备成本较高，不利于电池的大面积制备，给电池的产业化带来了难题。

阴极电化学沉积法是将金属或合金或金属化合物在电场作用下从其化合物水溶液、非水溶液或熔盐中在电极表面沉积出来的过程，通常伴随有电子得失。该方法与通常所采用的水热法生长一样，可以直接制备出晶态结构的化合物，而且兼有反应温度低、薄膜厚度和形貌可控、沉积速率高、设备廉价、环境友好等优点，为光阳极在低温下进行制备提供可能。碳，作为一种地球上含量丰富的元素，近期研究发现，有着与金(～5.1eV)相近的功函数5.0eV。理论上可以用碳材料代替金和银作为钙钛矿电池的对电极。为了适应工业化的发展，人们对电子器件提出了更多的要求，如柔性。受到柔性透明导电基底的限制，柔性钙钛矿电池制备工作中的温度不能超过150℃，这对电池的制备工艺提出了极大的挑战。现在研究的一种的碳对电极由一种特殊的导电碳浆料(炭黑，石墨和ZrO₂在质量比1：3：1下溶于松油醇有机溶剂球磨制备)丝网印刷而成。制备过程中需要引入400℃高温来挥发掉薄膜中的有机溶剂，因此，并不适用于基于柔性导电基底的柔性钙钛矿电池的制备。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种柔性钙钛矿太阳能电池的制备工艺，该工艺方法，成本低，能耗小，适合太阳能电池的大规模工业生产应用。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种柔性钙钛矿太阳能电池的制备工艺，包括以下步骤：

1)刻蚀：以PET-ITO作为柔性导电基底，在ITO导电层上刻蚀出分隔槽，然后对柔性导电基底进行清洗；

2)光阳极的制备：利用阴极电化学沉积法在清洗后的导电基底上沉积一层ZnO致密层，再采用磁控溅射法在ZnO致密层上镀一层ZnO的种子层，然后采用水热法在ZnO致密层上生长长度为0.5～2μm的ZnO纳米线，即得到太阳能电池的光阳极；

3)碳对电极的印刷成膜：采用烘干温度在150℃以下的导电碳浆，利用丝网印刷法在柔性导电基底上制备成膜，即得到太阳能电池的碳对电极；形成的碳对电极的一端与ITO导电层接触，另一端与ITO之间存在间隙，生长的ZnO纳米线在该间隙处；

4)钙钛矿的添加：将钙钛矿前驱体滴加到碳对电极上，使钙钛矿前驱体从碳对电极渗到ZnO纳米线上，然后烘干，即得到太阳能电池。

优选地，步骤1)中采用刻蚀液对ITO导电层进行刻蚀，所采用的刻蚀液由锌粉和1.5～3mol/L的稀盐酸配制而成，二者的质量比为1:20～1:10。

优选地，步骤1)中所采用的柔性导电基底为厚度为0.15～0.20mm的PET薄膜上通过磁控溅射技术溅射ITO，该柔性导电基底的基底方块电阻为6～15Ω/□，光透率大于80％，耐受温度为120～180℃。

优选地，步骤2)的阴极电化学沉积法采用的反应溶液为0.04～0.06mol/L的Zn(NO₃)₂.6H₂O水溶液，形成的ZnO致密层的厚度为20～200nm。

优选地，步骤2)中的阴极电化学沉积法反应温度为65～75℃，阴极与Ag/AgCl参比电极之间的电压为-0.75～-0.85V，反应时间为1～10min。

优选地，步骤2)中磁控溅射制备的ZnO种子层的厚度为50～100nm。

优选地，步骤2)中的水热法采用的反应溶液为0.02～0.04mol/L的Zn(NO₃)₂.6H₂O、0.02～0.03mol/L的环六亚甲基四胺以及0.004～0.006mol/L的聚乙烯亚胺的水溶液，生长的ZnO纳米线的长度为0.5～2μm。