[发明专利]一种钙钛矿太阳能电池的复合薄膜封装方法

说明书

一种钙钛矿太阳能电池的复合薄膜封装方法，属于薄膜封装技术领域。具体是用十甲基环五硅氧烷稀释PDMS两种前驱体质量1：1的混合物，将稀释后的粘稠混合物旋涂在有机金属卤化物钙钛矿太阳能电池的上表面及侧表面上，再通过紫外线光固化成膜；然后通过远程等离子处理PDMS，形成一层致密的SiO_X薄膜；重复操作多次，得到PDMS/SiO_X叠层结构，从而完成有机金属卤化物钙钛矿太阳能电池的复合薄膜封装。本发明所有封装流程不需要高温条件，从而避免了高温对钙钛矿太阳能电池的损伤；本发明应用远程等离子技术，可以在低温下生长高水氧阻隔性能的封装薄膜。

技术领域

本发明属于薄膜封装技术领域，具体涉及一种钙钛矿太阳能电池的复合薄膜封装方法，即利用远程氧气等离子体处理聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane，PDMS)，使表面部分PDMS转化成致密无机氧化硅(SiO_x)层，制备出PDMS/SiO_x有机无机叠层薄膜。

背景技术

钙钛矿太阳能电池(perovskite solar cells，PSC)因其高的载流子迁移率和长的载流子扩散长度等优势而受到了广泛的关注。如今刚性PSC的功率转换效率(powerconversion efficiency，PCE)已达到25.2％左右，但其稳定性是该技术发展和商业应用的主要瓶颈。PSC中的有机材料极易与大气中的水分和氧气发生反应而溶解，因此导致PSC稳定性差，此外水汽导致的银离子迁移也会大幅降低器件的稳定性。薄膜封装工艺则是较容易采取的方法来阻挡外界环境的水氧从而提升PSC的稳定性。

一些研究通过利用有机无机叠层薄膜将有机电子设备封装起来，来保护有机电子设备免受水蒸气的影响而提高其稳定性。无机材料如氮化硅(SiN_X)，SiO₂和Al₂O₃，它们作为封装层表现出优异的水蒸气阻隔性。无机材料通常通过真空工艺沉积，例如，原子层沉积(Atomic layer deposition，ALD)和等离子体增强化学气相沉积(Plasma EnhancedChemical Vapor Deposition，PECVD)制造出高性能的阻隔膜。但是，这些薄膜通常工艺温度范围为80℃至300℃，如此高的温度会导致PSC中的有机材料热解变性使得PSC失效，所以需要开发新型低温弱辐射条件下的PSC封装层制备工艺。

发明内容

本发明的目的是提供一种钙钛矿太阳能电池的薄膜封装方法。其具体是用十甲基环五硅氧烷(Decamethylcyclopentasiloxane，D5)稀释PDMS的前驱体，将稀释后的粘稠混合物旋涂在PSC表面，通过紫外线(Ultraviolet，UV)光固化成膜；然后通过远程等离子处理PDMS，2～5分钟即可形成一层致密的SiO_X薄膜。

为实现上述发明目的，本发明所述的一种钙钛矿太阳能电池的复合薄膜封装方法，其步骤如下：

1)在干净的刚性基底(如玻璃基底)上，于惰性气氛下以ITO为下电极制备有机金属卤化物钙钛矿太阳能电池，基底的长度和宽度大于钙钛矿太阳能电池的长度和宽度；

2)将PDMS的两种前驱体以质量1：1的比例混合3～6分钟，得到粘稠混合物；然后用十甲基环五硅氧烷(Decamethylcyclopentasiloxane，D5)将该粘稠混合物稀释到原质量的8～12倍；

3)在充满N₂的手套箱中，将步骤2)稀释后的粘稠混合物以5000～8000rpm的转速旋涂在步骤1)得到的有机金属卤化物钙钛矿太阳能电池的上表面及侧表面上，旋涂时间为20～40s，然后在手套箱中放置5～10分钟，在室温下蒸发过量的十甲基环五硅氧烷；

4)将步骤3)得到的器件在紫外光下固化50～80s，得到厚度80～150nm的固体PDMS层，即有机阻隔层；