[发明专利]掺氧混合气体放电等离子体氧化处理钙钛矿太阳电池空穴传输层的方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳电池技术领域，特别是涉及一种利含氧混合气体放电低温等离子体处理钙钛矿太阳电池，快速实现其空穴传输层功能化的方法。

背景技术

随着工业化的发展，水污染、土壤污染、大气污染的现象日趋严重，能源危机和环境污染不容忽视，人们对可再生能源的需求也越来越大。在风能、水能、地热能、生物质能和太阳能等各种可再生能源中，太阳能是安全，无污染,不受地理条件限制，应用范围最广，最有发展前途的一种。在太阳能的有效利用中，太阳能光伏转换是近些年来发展最快、最具活力的研究领域。光伏器件可以帮助我们将太阳能转换成可以直接使用的电能,是人类社会解决环境问题，应对能源危机以及寻求可持续发展的重要对策。

目前无机硅太阳电池仍是光伏器件市场上的主导，但是由于其生产工艺比较复杂，需要高温、高真空，成本高，从而限制了其大规模商用化。基于碲化镉(CdTe)、铜铟镓硒(CuInGaSe)等材料的新型薄膜太阳电池也面临着含有重金属元素镉(Cd)以及稀缺元素铟(In)和镓(Ga)等问题，限制了其大规模商用化。因此人们一直努力开发探索诸如染料敏化太阳电池、量子点太阳电池等更低成本、更高效率的新型太阳电池技术。而有机-无机杂化钙钛矿太阳电池因兼具低成本溶液加工和优异的光电转换性能在国际上备受关注。

钙钛矿太阳能电池的空穴传输材料一般采用spiro-MeOTAD(2，2，7，7-四[N，N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9，9-螺二芴)，但是实际上单纯Spiro-MeOTAD本身具有较低的空穴迁移率，10^-4cm²/V·s，只有通过氧化后才具有高的导电性和空穴迁移率，且电阻率高，必须进行掺杂才能达到使用的要求，一般采用Li-TFSI(双三氟甲烷磺酰亚胺锂)。Li-TFSI可以显著提升spiro-MeOTAD的空穴传输能力，且可以提升器件的开路电压。这种材料组合需要氧化，且在氧化过程中Li+可能被消耗掉，且锂盐极易吸潮，从而影响电池的效率与稳定。

目前对于Spiro-MeOTAD的氧化处理，主要是在特定气体氛围内静置，通过氧气分子与Spiro-MeOTAD分子之间的相互作用来实现的。这种方法控制性差，耗时较长，通常需要几个小时到十几个小时，对于钙钛矿太阳电池的工业化规模生产，尤其是流水线式的连续生产非常不利。

发明内容

本发明针对当前在特定气体氛围内静置钙钛矿太阳电池，氧化其空穴传输层耗时较长、控制性差的问题，提出利用含氧混合气体放电低温等离子体来氧化处理钙钛矿太阳电池的空穴传输层，以快速实现空穴传输层功能化和太阳电池器件的正常工作。

一种快速氧化钙钛矿太阳电池的方法，其特征在于，利用掺氧混合气体放电低温等离子体处理钙钛矿太阳电池，利用氧等离子体中活性基团与空穴传输层发生反应来实现其空穴传输层的功能化。

具体包括以下步骤：

(1)制备薄膜钙钛矿太阳电池；

(2)通入含氧和放电气体的混合气体，利用等离子体发生装置产生稳定、均匀的气体放电等离子体；将钙钛矿电池置于等离子体区域，利用氧等离子体与空穴传输层发生反应来完成空穴传输层的功能化，并控制反应时间。

掺氧混合气体放电等离子体快速氧化处理钙钛矿太阳电池空穴传输层的方法，其特征在于，利用掺氧混合气体放电低温等离子体对钙钛矿太阳电池的空穴传输层进行氧化处理，利用氧等离子体中活性基团与空穴传输层发生反应来迅速完成空穴传输层的功能化，以快速实现空穴传输层功能化和太阳电池器件的正常工作。进一步优选钙钛矿太阳电池的空穴传输层为Spiro-MeOTAD。

进一步优选钙钛矿太阳电池，包括依次组合的阳极、空穴传输层、光活性层、电子传输层和阴极，如图1所示，优选光活性层的材料为具有钙钛矿结构的有机-无机杂化材料。

利用等离子体发生装置产生稳定的氧等离子体，并调整放电参量，如气压、气体配比、放电电压、放电电流可根据需要进行调节，优选等离子体放电功率为5～200瓦。

放电气体为掺氧混合放电气体，包括放电气体如氩气等和氧气的混合气体(两者可以按任意体积流量比例进行，如1:2)；所述等离子体发生装置产生稳定等离子体的方法可能为交流放电(电容耦合放电、感应耦合放电、介质阻挡放电、微波放电、表面波放电)或者直流放电(辉光放电、脉冲放电、电弧放电、空心阴极放电、磁控管放电)。将钙钛矿电池置于等离子体区域，利用氧等离子体与空穴传输层发生反应来完成空穴传输层的功能化，并控制反应时间。等离子体处理时间优选为0.5～100S。