[发明专利]一种钙钛矿太阳能电池光活性层的微波退火处理方法

说明书

本发明涉及太阳能电池领域，更具体地涉及一种钙钛矿太阳能电池光活性层的微波退火处理方法。

背景技术

近些年，新型钙钛矿太阳能电池（perovskite solar cells）在国际上倍受关注，短短几年时间其光电转换效率从最初的3.81%提高到最近的21.6%左右。这类电池采用的钙钛矿材料具有光吸收性强，载流子迁移率高且寿命长、带隙可调以及可采用多种方式加工等优点。与现有采用硅基、CdTe以及CuInGaSe等材料的薄膜太阳能电池相比，钙钛矿太阳能电池在成本、材料、制备、性能等多个方面具备潜在的优势。与染料敏化太阳能电池、量子点太阳能电池和有机太阳能电池相比，钙钛矿太阳能电池拥有优异的光电转换效率，是一种很有潜力的太阳能电池技术。

值得关注的是，在制备钙钛矿太阳能电池过程中，薄膜晶粒生长和薄膜形貌极大地影响到了钙钛矿太阳能电池的光电性能，而钙钛矿光活性层的退火处理是调控钙钛矿光活性层形貌和结晶质量的重要手段，选择合适的退火处理方法有助于提高电池的光电转换效率。目前主要采用的是传统退火、程序退火、溶剂辅助退火等方法，但传统退火、程序退火方法在退火处理过程中一般直接将溶剂和未反应物从钙钛矿晶体内部和表面赶走，不能有效地利用晶体内部和表面的残留物；而溶剂辅助退火法需要严格控制加入溶剂的量，工艺的稳定性和重复性差。此外，传统退火方法还有很多不利因素，如薄膜表面受热不均匀，溶剂挥发速率慢，加热耗时，不太适合工业化大规模生产。

发明内容

本发明旨在提供一种钙钛矿太阳能电池光活性层的微波退火处理工艺，以提高钙钛矿太阳能电池的光电转换效率。

采用传统退火、程序退火、溶剂辅助退火等工艺处理钙钛矿太阳能电池光活性层，不同程度存在薄膜表面受热不均匀、溶剂挥发速率慢、加热耗时、工艺稳定性差等缺点。为了克服这些缺点，本发明采用微波退火处理工艺，通过调控微波辐射的时间和辐射功率大小，可以有效调控光活性层薄膜的平均粒径，在微波的照射下，钙钛矿薄膜中残留的溶剂快速蒸发，薄膜受热均匀，有助于快速形成表面均匀、致密、结晶度高的薄膜，提高钙钛矿太阳能电池的光电转换效率；同时微波退火工艺耗能低、耗时短，有助于工业化大规模应用。

本发明提供一种高性能钙钛矿太阳能电池，其结构包括依次设置的ITO透明导电玻璃、空穴传输层（PETDOT:PSS、CuSCN、CuI、NiO_x、RGO、GO等）、钙钛矿光活性层（CH₃NH₃PbI_3-xCl_x）、电子传输层（PCBM、ZnO、P3HT等）和背电极层（Au、Ag、Al、Cu、Mo等），该钙钛矿太阳能电池还包括在电子传输层之间和钙钛矿层CH₃NH₃PbI_3-xCl_x之间引入界面饰层材料（MoO₃、LiF、BCP等）。

该发明提供的一种钙钛矿太阳能电池光活性层的微波退火处理方法，主要步骤包括：

步骤1：采用清洗工艺得到洁净的ITO导电玻璃，对ITO导电玻璃进行图形化刻蚀，并对ITO导电玻璃进行表面亲水性的处理。

步骤2：在经过步骤1处理过的ITO导电玻璃上，采用溶液旋涂工艺或者喷涂工艺沉积空穴传输层。

步骤3：将经过步骤2处理过后的器件，在充满氮气的手套箱中采用溶液旋涂工艺继续旋涂光活性层，然后从手套箱中取出，移至微波工作站管式腔体中，器件放入后充满氮气或氩气作保护气体，以一定的功率和时间对活性层进行微波退火处理工艺处理。

步骤4：将经过步骤3处理的器件从微波工作站中转移至手套箱中，在表面继续溶液旋涂工艺旋涂电子传输层。

步骤5：将经过步骤4处理的器件，从手套箱移至蒸镀设备中，以一定的速率蒸镀界面修饰层材料和背电极。

所述步骤1包括以下步骤：1）依次用洗洁剂、去离子水、丙酮、异丙醇、去离子水超声清洗20min，然后用氮气枪吹干；2）采用Zn粉末和浓盐酸产生的H₂或者采用激光对ITO导电玻璃进行图形化刻蚀；3）将ITO导电玻璃用紫外臭氧机（额定功率300W，额定电流1.5A）处理15min~30min，进行表面亲水性处理。