[发明专利]具有单一结晶取向空穴传输层的钙钛矿电池的制备方法

说明书

本发明涉及一种具有单一结晶取向空穴传输层的钙钛矿电池制备方法，属于钙钛矿太阳能电池领域。本发明的技术方案要点为：通过磁控溅射的方法在FTO导电玻璃衬底上生长出结晶取向可控的空穴传输层薄膜，然后在空穴传输层上依次旋涂钙钛矿吸光层、电子传输层，最后蒸镀电极，制得基于单一结晶取向空穴传输层的钙钛矿电池。通过调控空穴传输层薄膜的晶体取向，进而可以实现对空穴传输层薄膜表面原子、能带结构排列、配位、表面能、结构缺陷的调控。本发明基于单一结晶取向的空穴传输层薄膜制备成钙钛矿太阳能电池，不仅提高了空穴传输层输运层的导电性、载流子迁移率和电荷提取能力，而且改善了钙钛矿薄膜的形貌，进而提升了钙钛矿太阳能电池的光伏性能。

技术领域

本发明涉及一种具有单一结晶取向空穴传输层的钙钛矿电池的制备方法，属于钙钛矿太阳能电池领域。

背景技术

晶体具有各向异性，通过调控薄膜的结晶取向，进而可以实现对薄膜表面原子、能带结构排列、配位、表面能、结构缺陷的调控。Xiaolin Zheng团队证明了BiVO₄的[001]生长方向表现出良好的内在电荷传输特性和表面反应性([1]HS Han,S Shin,DH Kim,etal.Energy&Environmental Science,2018,11,1299-1306)；Wei Lin Leong证明高度取向生长的钙钛矿材料可用于制备高效稳定的太阳能电池([2]T Ye,A Bruno,G Han,AdvancedFunctional Materials,2018,1801654)。

通过调控空穴传输层薄膜的结晶取向，进而可以实现对空穴传输层薄膜表面原子、能带结构排列、配位、表面能、结构缺陷的调控。本发明基于不同结晶取向的空穴传输层薄膜制得的钙钛矿太阳能电池，不仅提高了空穴传输层输运层的导电性、载流子迁移率和电荷提取能力，而且改善了钙钛矿薄膜的形貌，进而提升了钙钛矿太阳能电池的光伏性能。

发明内容

本发明的技术方案要点为：通过磁控溅射的方法在透明衬底上生长出晶体取向可控的空穴传输层薄膜，然后在空穴传输层薄膜上依次旋涂钙钛矿吸光层、电子传输层，最后蒸镀电极，制得基于结晶取向可控的空穴传输层的钙钛矿太阳能电池。

一种具有单一结晶取向空穴传输层的钙钛矿电池的制备方法，其特征在于：采用磁控溅射的方法，通过调节磁控溅射过程中的溅射气氛、基底温度、退火温度参数，在FTO导电玻璃衬底上制备出不同结晶取向的空穴传输层薄膜，空穴传输层薄膜结晶取向可控；然后在NiO薄膜上依次旋涂钙钛矿吸光层、电子传输层、最后蒸镀电极，制得基于单一结晶取向空穴传输层的钙钛矿电池。

进一步地，所述的FTO导电玻璃衬底选用的是透光率>90％的FTO导电玻璃；导电玻璃在使用之前需要经过清洗处理和刻蚀处理；清洗处理是将FTO导电玻璃依次放入去洗涤剂、离子水、乙醇、丙酮、异丙醇等溶剂中在超声清洗仪中超声10-30min，本过程重复两遍；超声结束将FTO导电玻璃用氮气吹干；刻蚀处理是将导电玻璃放在刻蚀机中刻蚀5-20min，获得表面洁净、浸润性好的FTO导电玻璃。

进一步地，所述的结晶取向可控的空穴传输层薄膜在磁控溅射过程中溅射时间为30-90min；

磁控溅射过程中氩氧组合气中氩气和氧气的体积比为1:10-1:100；气体流量为300-1000ml/min；气氛压强为0-10pa；溅射功率为40-100W。

进一步地，所述的空穴传输层薄膜材料包括NiO、V₂O₅、CuO、CuSCN等。

进一步地，在进行磁控溅射之前还要进行以下步骤：

S1、将靶材安装在磁控溅射镀膜系统中；

S2、将清洗好的基底放入磁控溅射真空室；

S3、对真空室进行抽真空操作，并充入溅射气氛。