[发明专利]一种大面积钙钛矿薄膜及其电池组件的制备方法

说明书

本发明属于钙钛矿太阳能电池领域，具体涉及一种大面积钙钛矿薄膜及其电池组件的制备方法。所述制备方法包括：清洗透明导电基板并干燥备用；采用化学浴法沉积氧化锡电子传输层；采用狭缝挤出刮涂法均匀涂覆沉积钙钛矿前驱体溶液，然后采用旋涂移动滴反溶剂法处理得到钙钛矿吸收层；使用绿色溶剂配制Spiro‑OMeTAD溶液，采用狭缝挤出刮涂法在钙钛矿吸光层上制备空穴传输层，最后在空穴传输层上蒸镀金属电极。本发明采用狭缝挤出刮涂沉积钙钛矿前驱体溶液，能有效铺展钙钛矿溶液且节约用量；进一步采用移动滴涂反溶剂法在钙钛矿薄膜上均匀移动滴下反溶剂，可以有效地拓宽钙钛矿薄膜的萃取面积，且节约反溶剂的使用量。

技术领域

本发明属于钙钛矿太阳能电池领域，具体涉及一种大面积钙钛矿薄膜及其电池组件的制备方法。

背景技术

环境污染、能源危机是当今社会面临的主要挑战，可再生能源的发展和应用拥有广阔的前景。太阳能作为一种取之不尽用之不竭的清洁能源，对解决环境污染，拯救能源危机具有重大意义。其中光伏电池是对太阳能利用的有效途径，从第一代晶体硅太阳能电池发展到如今的第三代薄膜太阳能电池，太阳能电池领域正展现出蓬勃发展的朝气。虽然晶体硅等各类无机薄膜太阳能电池的光电转换效率突破20％，且具备十分成熟的制备工艺，然而其制备过程耗能高，污染严重。第三代溶液法制备的薄膜太阳能电池具有低成本，制备工艺简单等优势，尤其是近年来迅速发展的钙钛矿太阳能电池，其光电转换效率已经突破22.7％，被《Science》认为是近十年来最具科学价值的发现，更有望能够取代晶硅太阳能电池最早实现商业化应用的新型经济环保的太阳能电池。

虽然钙钛矿太阳能电池具有优异的光电性能，然而目前仍面临着三大严重的阻碍：毒性，稳定性，以及大面积制备。近两年来全球的科研工作者在推动钙钛矿太阳能电池的产业化研究上取得了非常大的进步，例如来自瑞士洛桑联邦理工学院的Michael教授课题组利用含氟聚合物涂层封装钙钛矿太阳能电池，器件效率稳定性明显提升，来自中国浙江杭州纤纳光电科技有限公司的科研工作者已成功制备出面积超过16cm²，光电转换效率高达15％的太阳能电池，然而在更大面积适应于电池组件的研究上进展并不乐观。

钙钛矿太阳能电池组件的制备关键在于大面积钙钛矿薄膜的制备，其薄膜制备要求致密无针孔。通常有效的制备工艺为一步法反溶剂工程，然而该方法目前只能有效的在小面积钙钛矿电池上使用，无法进一步放大制备大面积钙钛矿电池组件。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，目的在于提供一种大面积钙钛矿薄膜及其电池组件的制备方法。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

一种大面积钙钛矿薄膜的制备方法，包括如下步骤：

(1)清洗透明导电基板并干燥备用；

(2)在清洗后的透明导电基板上采用化学浴法沉积氧化锡电子传输层；

(3)在氧化锡电子传输层上采用狭缝挤出刮涂法均匀涂覆沉积钙钛矿前驱体溶液，采用旋涂移动滴反溶剂法处理得到钙钛矿吸收层；

(4)使用绿色溶剂配制Spiro-OMeTAD溶液，采用狭缝挤出刮涂法在钙钛矿吸光层上制备空穴传输层，最后在空穴传输层上蒸镀金属电极。

上述方案中，所述氧化锡电子传输层的制备过程为：1)将尿素、盐酸、巯基乙酸加入去离子水中分散均匀，然后加入硫酸亚锡得到溶液；2)将导电基底浸入溶液中，置于70℃条件下烘干2小时，最后在180℃条件下热处理1小时，冷却得到致密二氧化锡电子传输层。

上述方案中，所述钙钛矿前驱体溶液中各组分配比为：碘化铅548.64mg、溴化铅77.07mg、溴化甲胺21.84mg、碘化甲脒190.12mg、碘化铯13mg和碘化钾8.3mg,溶剂量为800uL。

上述方案中，所述钙钛矿前驱体溶液中溶剂为体积比DMF：DMSO＝4:1的混合溶液。