[发明专利]用物理气相沉积法制备无机锡基钙钛矿太阳能电池的方法

说明书

技术领域

本发明涉及钙钛矿太阳能电池技术领域，尤其涉及一种采用物理气相沉积法制备无机锡基钙钛矿太阳能电池的方法。

背景技术

钙钛矿太阳能电池是以具有钙钛矿结构的有机或无机金属卤化物为吸收层的太阳能电池。自2012年以来，钙钛矿太阳能电池的光电转化率不断提高，英国科学家Snaith研究小组采用低温工艺，用介观疏松的绝缘Al₂O₃薄膜作为钙钛矿太阳能电池中的电子传输层，以有机钙钛矿CH₃NH₃PbI₃为吸收层，以笨基丁酸酯(PCMB-BCP)为空穴传输层，制备的平面异质结电池光电转换率可高达15.9％。但是，这种电池仍有以下问题有待解决：(1)有机钙钛矿CH₃NH₃PbI₃稳定性差，对温度及湿度变化敏感；(2)使用重金属铅化物，对环境有形成污染的可能性；(3)制备介观金属氧物需要500℃以上的高温，限制了有机柔性基体的使用；(4)制备过程多用化学溶液法，导致薄膜厚度及粗糙度难以控制；(5)有机空穴传输材料昂贵。另外，电子及空穴层的匹配度，提高带电粒子的传输能力，价带、导带的有效匹配是获得具有高光电转化率太阳能电池的前提。

辽宁科技大学与曼彻斯特城市大学合作研究采用气相沉积方法制备无机锡基钙钛矿太阳能电池。CsSnI₃具有钙钛矿结构，可能是潜在的解决上述有机钙钛矿太阳能电池现有问题的材料。它的黑色吸光的B-γ相具有p型半导体特性，带电粒子数在10¹⁷cm^-3,带电粒子迁移率可达500cm²V^-1s^-1，是一种极具潜力的无机钙钛矿太阳能电池的吸收层材料。因此它适于作为吸收层替代有机钙钛矿CH₃NH₃PbI₃。同时，还将开展电子及空穴传输层的研究，其中传输层的价带结构与CsSnI₃相匹配，以完整制备钙钛矿太阳电池。无机碘化铜(CuI)及非双碳键型CUSCN材料均为p型半导体材料，可以替代价格昂贵的有机空穴材料，适合用作太阳能电池中的空穴传输材料。金属基多层AZO/Ag/AZO超薄薄膜由辽宁科技大学开发研究，现已取得初步成果。它与氧化锌缓冲层同时使用，很适于作为电池的电子传输层。

太阳能电池发展至今，柔性材料因其低成本、可挠曲的优点，越来越成为研究者关注的热点，实现低温制备钙钛矿太阳能电池，更有利于柔性基体的使用。

发明内容

本发明提供了一种用物理气相沉积法制备无机锡基钙钛矿太阳能电池的方法，所制备的吸收层薄膜结晶性好、形貌易于控制，有利于提高钙钛矿太阳能电池的效率、增强钙钛矿太阳能电池稳定性、降低对温度和湿度的敏感性，同时，有效的避免重金属的污染。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

用物理气相沉积法制备无机锡基钙钛矿太阳能电池的方法，所述无机锡基钙钛矿太阳能电池依次由柔性聚酰亚胺导电基体、空穴传输层CuI、锡基钙钛矿CsSnI₃层、电子传输层ZnO、超薄金属基透明导电薄膜组成；制备方法包括如下步骤：

1)清洗基底；采用柔性聚酰亚胺导电基体为基底，依次用丙酮、乙醇、去离子水在超声波清洗仪中分别清洗15min以上，然后用氮气吹干；为了便于测量薄膜厚度，在吹干后的柔性聚酰亚胺导电基体上用记号笔做标记；

2)在经步骤1)处理后的柔性聚酰亚胺导电基体上采用射频磁控溅射法制备空穴传输层CuI；

3)在经步骤2)处理后的柔性聚酰亚胺导电基体上采用蒸镀法制备锡基钙钛矿CsSnI₃层；

4)在经步骤3)处理后的柔性聚酰亚胺导电基体上采用射频磁控溅射法制备电子传输层ZnO；

5)在经步骤4)处理后的柔性聚酰亚胺导电基体上采用连续磁控溅射法制备超薄金属基透明导电薄膜，即制成无机锡基钙钛矿太阳能电池。

所述步骤3)中，将柔性聚酰亚胺导电基体进行固定，记号笔做标记的一面为沉积薄膜面，此面朝下与蒸发源相对；基底放置在蒸发源的正上方，与蒸发源的垂直距离为13～18cm；蒸发源分别为CsI、SnI₂，蒸镀的顺序为：SnI₂、CsI。