[发明专利]一种蒸气辅助制备钙钛矿太阳能电池的方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能电池领域，特别涉及一种蒸气辅助制备钙钛矿太阳能电池模块的方法。

背景技术

能源是社会和经济发展的重要基础条件，迄今为止人类社会发展主要依赖于化石能源。但化石能源终究会枯竭。另外燃烧化石能源带来的环境污染，雾霾天气和温室效严重威胁人类社会的可持续发展。太阳能电池能利用太阳能直接转化成电能，可为人类社会的发展提供取之不尽用之不竭的清洁能源，是人类社会应对能源危机，解决环境问题，寻求可持续发展的重要对策。

钙钛矿太阳能电池具有光电转换效率高，成本低，制备工艺简单等优势，是目前最具前景的新兴光伏器件。典型的钙钛矿结构自光阳极至光阴极依次是：导电玻璃、电子传输材料、钙钛矿、空穴传输层、金属对电极。其中钙钛矿作为一种吸光材料，具有消光系数高，对可见光吸收能力强，并且具有良好的双极输运能力。钙钛矿薄膜的成膜质量是制约电池效率提高、稳定性乃至大面积应用的重要因素。现有制备钙钛矿吸光层的方式主要是旋涂成膜，在制备小面积电池时容易获得较高效率，但当增加成膜面积，制备大面积电池时，传统的旋涂法会出现许多问题，比如成膜不均匀，孔洞较多等等，导致电池效率严重下降。从而制约钙钛矿太阳能电池的商业化进程。

发明内容

本发明目的在于提供一种大面积钙钛矿太阳能电池的制备方法。

为达到上述目的，采用技术方案如下：

钙钛矿太阳能电池模块的制备方法，包括以下步骤：

1)将基底通过基片清洗工艺洗涤，氮气吹干，并通过UV照射；

2)在基底上蒸镀电子传输层；

3)在电子传输层上蒸镀PbI₂，然后加热使FA/MA分子升华到PbI₂表面反应形成钙钛矿晶体；140～160℃退火10～30min得到钙钛矿吸光层；

4)在钙钛矿吸光层上旋涂溶液Spiro-OMeTAD制得空穴传输层；

5)在空穴传输层上蒸镀金属对电极，最终制得钙钛矿太阳能电池。

按上述方案，所述电子传输层厚度为10～30nm；所述钙钛矿吸光层厚度为300～500nm；所述空穴传输层厚度为150～250nm；所述金属对电极厚度为70～100nm。

按上述方案，步骤1所述基底为透明玻璃基底、柔性PET基底中的一种。

按上述方案，步骤2电子传输层选自TiO₂、SnO₂、ZnO、C₆₀中的一种。

按上述方案，步骤3所述FA/MA为MAI、FAI、MABr、FABr中的一种或混合。

按上述方案，步骤3所述钙钛矿晶体为MAxFA1-xPbIyBr3-y；其中，0＜x＜1；0＜y＜3。

按上述方案，步骤4旋涂转速为3000～4000rpm。

按上述方案，步骤5金属对电极为Au电极、Ag电极、复合导电碳浆电极的一种。

本发明有益效果如下：

本发明工艺特殊，在两步法制备钙钛矿吸光层时，使用蒸汽辅助法制备钙钛矿吸光层使得到的钙钛矿薄膜更加均匀，孔洞减少，提高了成膜质量，从而提高电池的光电转化效率。此法可以在制备大面积钙钛矿太阳能电池中得到应用，具有良好的应用前景。

附图说明

图1：本发明制得钙钛矿太阳能电池的电流密度-电压曲线图。

图2：实施例1制得钙钛矿吸光层X射线衍射图。

具体实施方式

以下实施例进一步阐释本发明的技术方案，但不作为对本发明保护范围的限制。

取一片干净的ITO导电玻璃，使用激光刻蚀；分别用肥皂水、纯水、乙醇超声清洗10分钟后，氮气吹干，得到导电玻璃基底；

将导电玻璃基底通过UV照射后蒸镀C₆₀作电子传输层，厚度为14nm；

在有电子传输层的导电基底上蒸镀PbI₂，厚度为180nm；在另一片普通玻璃上涂满FAI，镀层PbI2相对放置于其上，保持一定的距离，在抽真空热台上170℃加热30min，使FAI分子升华到PbI2镀层表面反应生成FAPbI₃；并在160℃热台上烧结10min，制成钙钛矿吸光层；

在所得钙钛矿吸光层上旋涂Spiro-OMeTAD，转速为3000rpm，作空穴传输层；

在所得空穴传输层上蒸镀Au对电极，得到钙钛矿太阳能电池。