[发明专利]绒面均匀钙钛矿膜的液膜速干抑爬原位析晶制备方法

说明书

本发明公开一种绒面均匀钙钛矿膜的液膜速干抑爬原位析晶制备方法，包括：第一步，钙钛矿液膜的均匀涂覆：将钙钛矿前驱体溶胶或溶液涂覆在具有金字塔绒面形貌的基底上，形成一层均匀仿形钙钛矿液膜；第二步，钙钛矿液膜的抽气干燥处理：快速完成对钙钛矿液膜的抽气干燥处理，从而获得均匀全覆盖仿金字塔形钙钛矿薄膜；第三步，钙钛矿薄膜的热处理：将经抽气干燥处理的钙钛矿薄膜退火处理，去除残余溶剂并使晶粒长大，最后得到仿金字塔形的绒面均匀钙钛矿薄膜。本发明在不对硅金字塔绒面进行抛光磨平处理的条件下，采用溶液沉积法实现了在微米尺度起伏的金字塔绒面基底上全覆盖均匀仿形钙钛矿薄膜的制备，保持了硅太阳能电池高效率的优势。

技术领域

本发明属于硅-钙钛矿叠层太阳能电池制备技术领域，特别涉及一种全覆盖的仿金字塔形钙钛矿薄膜的制备方法。

背景技术

以CH₃NH₃PbX₃(X＝I、Br、Cl)为吸光层的钙钛矿太阳能电池因其光电转化效率高、可低成本溶液法规模化制造、制备工艺和设备简单低廉等优点受到了全世界科学家与产业界人士的广泛关注。自2009年首次以3.8％的光电转化效率出现后，其效率在随后短短九年里以前所未有的速度不断攀升，截止2018年11月得到认证的最高效率达到了23.4％。然而单结钙钛矿太阳能电池的光电转换效率无法超过肖克利-奎伊瑟极限理论效率。多结太阳能电池，即叠层电池由具有不同带隙的太阳能子电池组成，是一种成熟有效的突破肖克利-奎伊瑟极限理论效率的方式，已经广泛应用于传统的硅、砷化镓太阳能电池。硅太阳能电池是目前占据市场份额最大的主流光伏技术。单晶硅的带隙约为1.1eV，是理想的窄带隙子电池。有机无机杂化钙钛矿材料及全无机钙钛矿材料具有带隙连续可调(1.25～2.0eV)的特点。基于上述特点，硅/钙钛矿叠层光伏电池技术成为了实现超高效、低成本光伏发电技术的重大课题之一。

商业化高效硅太阳能电池通常采用金字塔绒面陷光结构。硅金字塔绒面起伏高度通常在1～20μm，它能够有效增加光俘获能力，从而提高电池的短路电流密度。然而，在这种复杂的表面纹理结构难以沉积厚度均匀的钙钛矿膜。以溶液法沉积厚度小于1μm的钙钛矿薄膜时，溶液在“金字塔”之间的谷中积聚，使得金字塔的塔尖上无法覆盖液体，这将导致钙钛矿薄膜无法完全覆盖金字塔的顶角及棱。这种现象将导致电池短路，进而降低钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池的光电转换效率。为了避免这一问题，现有技术对硅电池的金字塔绒面进行了抛光磨平处理。然而，与具有金字塔绒面陷光结构的硅电池相比，硅太阳能电池抛光后的光电转换效率会降低至原始值的约50％。因此，这一技术方案存在如下不足：第一，对硅金字塔绒面进行抛光磨平处理大幅降低了硅太阳能电池的光电转换效率；第二，增加的抛光磨平处理提高了叠层太阳能电池的生产成本，增加了工序和时间，降低了生产效率。因此，如何在微米尺度起伏的金字塔绒面基底上制备全覆盖均匀仿形钙钛矿薄膜成为实现高效率低成本硅/钙钛矿两端叠层光伏电池技术的核心难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种绒面均匀钙钛矿膜的液膜速干抑爬原位析晶制备方法，以解决上述技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

绒面均匀钙钛矿膜的液膜速干抑爬原位析晶制备方法，包括以下步骤：

第一步，钙钛矿液膜的均匀涂覆：将钙钛矿前驱体溶胶或溶液涂覆在具有金字塔绒面形貌的基底上，形成一层厚度小于金字塔平均特征高度的60％的均匀仿形钙钛矿液膜；

第二步，钙钛矿液膜的抽气干燥处理：快速完成对钙钛矿液膜的抽气干燥处理，从而获得均匀全覆盖仿金字塔形钙钛矿薄膜；

第三步，钙钛矿薄膜的热处理：将经抽气干燥处理的钙钛矿薄膜在70～150℃进行10～200min的退火处理，去除残余溶剂并使晶粒长大，最后得到仿金字塔形的绒面均匀钙钛矿薄膜。