[发明专利]一种利用紫外激光处理钙钛矿太阳能电池中电子传输层的方法

说明书

技术领域

本发明涉及光电材料、新能源材料与技术领域，特别是半导体氧化物薄膜，激光退火处理方法以及钙钛矿太阳能电池的制作。

背景技术

钙钛矿太阳能电池近几年得到了飞快的发展，具有效率高，成本低，制备工艺简单等特点；电子传输层是钙钛矿太阳能电池中重要的结构，起到提高电子抽取，阻挡空穴传输的作用，电子传输层一般要求具有较高的透光性和较高的电子迁移率；TiO₂和ZnO是被研究最广的电子传输层材料，为了获得更高的光电转换效率，通常需要500摄氏度左右的高温加热来提高它们的电子迁移率，这提高了电池制备成本且不适用于一些不耐高温的柔性衬底，研究者们希望降低电子传输层材料处理温度，同时保持高透过率和强导电性。

激光退火是一种在非晶硅领域常用的退火手段，相比于传统热处理，具有耗时短，晶化彻底，对基底伤害小等特点，通过激光退火处理氧化物半导体能进一步提高其光电性能。

发明内容

本发明技术解决问题：针对上述现有技术中存在的不足，提供一种利用紫外激光处理钙钛矿太阳能电池中电子传输层的方法，在低温条件下，使用激光退火处理，在硬质及柔性衬底上获得光学和电学性能优良的半导体氧化物薄膜，有效地运用到钙钛矿太阳能电池中，有效降低提高电子传输层的处理温度，提高电池的光电转换效率。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：如图1所示，一种利用紫外激光处理钙钛矿太阳能电池中电子传输层的方法，实现步骤如下：

(1)将FTO/ITO玻璃衬底、PI/PEN柔性衬底依次在丙酮、无水乙醇、去离子水中超声清洗，吹干备用；

(2)在FTO/ITO玻璃衬底、PI/PEN柔性衬底上使用磁控溅射法或旋涂法制备ZnO、AZO、GZO、TiO₂及SnO₂薄膜，真空保存备用；

(3)使用紫外激光对制备的薄膜进行脉冲轰击处理；

(4)将步骤(3)处理后的薄膜作为电子传输层，运用在钙钛矿太阳能电池中。

所述步骤(2)使用交流磁控溅射沉积ZnO，AZO，GZO，TiO₂，SnO₂薄膜的方法为：靶材与基底的距离为4-7厘米，工作过程中先依次使用机械泵，分子泵将腔体内真空抽至3-9×10^-4帕，接着通入氩气，气流量为30-40毫升/分钟，通入5-10分钟后，将工作气压调整至0.2-1帕，预溅射10-20分钟后开始在基底上沉积薄膜，沉积时间为3-5分钟。沉积完成后取出，薄膜厚度为20-200纳米，放置真空干燥箱保存。

所述的旋涂法制备薄膜的方法，其特征在于：制备TiO₂胶体，将200-400微升的异丙醇钛滴至2-3毫升的乙醇中，搅拌待用，记为溶液A；将20-50微升的1-3摩尔/升的盐酸溶液混入2-3毫升的乙醇中，搅拌待用，记为溶液B；在溶液A搅拌过程中，缓慢滴入B溶液，滴加完毕后，继续搅拌2-3小时，获得混合溶液；将混合溶液用0.22微米的过滤器过滤，并密封保存；在手套箱内使用匀胶机旋涂TiO₂薄膜，转速为2000-4000转/分钟，旋涂20-50秒，随后100-150摄氏度热处理0.5-1小时，薄膜厚度为30-60纳米，真空保存。制备ZnO胶体，将0.5-2克的醋酸锌加入5-40毫升的乙二醇甲醚中，搅拌至完全溶解，再缓慢滴加0.2-1毫升的乙醇胺，搅拌1小时，用0.22微米的过滤器过滤后，放置具塞试管中，陈化12-48小时。滴加50-100微升的胶体溶液至基底上，手套箱中完成旋涂，转速3000-5000转/分钟，旋涂20-50秒，随后150-180摄氏度加热1-2小时，该过程重复1-3次，获得ZnO薄膜，薄膜厚度为30-90纳米左右。

所述步骤(3)使用的紫外激光采用308纳米，248纳米，及355纳米激光，单脉冲激光能量大小为20-1000mJ，脉冲频率为1-50赫兹，处理激光脉冲数为1-200。

所述步骤(2)中ZnO、AZO、GZO、TiO₂及SnO₂薄膜可以采用磁控溅射制备，也可以用旋涂法制备。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

(1)本发明利用激光退火处理氧化物半导体薄膜，避免了高温制备，整个制备过程在室温及柔性衬底上进行。

(2)本发明利用激光退火处理半导体氧化物薄膜，有效地降低了薄膜的电阻率1到4个数量级；薄膜的透过率提升5至10％。