[发明专利]大面积准单晶钙钛矿薄膜密闭循环制备装置及其制备方法

说明书

本发明涉及一种大面积准单晶钙钛矿薄膜密闭循环制备装置，包括前驱液循环系统、反溶剂循环系统、惰性气体循环系统、大面积准单晶钙钛矿薄膜密闭生长系统和加热系统；前驱液循环系统的第一进液口与第一排液口、反溶剂循环系统的第二进液口与第二排液口、惰性气体循环系统的进气口与排气口均通往大面积准单晶钙钛矿薄膜密闭生长系统，加热系统对大面积准单晶钙钛矿薄膜密闭生长系统进行加热。本发明装置结构简单，制备条件温和可控，制备方法简单有效且环保，能够实现各种基于溶液法制备的大面积薄膜的规模化连续循环生产。

技术领域

本发明涉及一种大面积准单晶钙钛矿薄膜密闭循环制备装置及其制备方法，涉及薄膜太阳能电池技术领域。

背景技术

近年来，钙钛矿太阳能电池（PSC）实验室光电转换效率已由2009年的3.8%刷新到2019年的认证效率25.2%，具备产业化价值。但是，这些认证或报道的高效PSC大多数是基于相对较小的面积（一般是0.1cm²，有些更小至0.03cm²）。旋涂技术是一种成本低易于操作的技术，实现了器件总面积100cm²（有效面积50.6cm²）光电转换效率13%的制备，但是面积超过100cm²，很难获得均匀的膜。因此，研究人员也发展了其他一些基于溶液法的技术，如刮涂法、夹缝挤压涂布法、半月板辅助溶液印刷法、丝网印刷法、喷涂法、软覆盖沉积法和喷墨打印法等。但是上述基于溶液法的技术无法大面积的使用反溶剂促进结晶；钙钛矿前驱液和反溶剂不能重复利用，材料浪费严重；制备过程中重金属铅以及溶剂挥发致使环境污染严重；制备的钙钛矿均为多晶钙钛矿结构，存在大量的晶界和缺陷，不利于获得高效稳定的PSC器件。

相较于钙钛矿的多晶薄膜，无晶界的单晶钙钛矿具有更佳的热稳定性、更宽的光吸收范围、更低的空穴浓度以及更高的载流子迁移率。目前，单晶钙钛矿的制备方法主要包括反溶剂法、降温析晶法、升温析晶法、顶部籽晶溶液生长法、缓慢蒸发溶剂法和布里奇曼法等。但是上述单晶钙钛矿制备方法获得的是单晶钙钛矿颗粒，进一步应用到光伏器件中，需要复杂的单晶晶体减薄工艺，而且减薄过程中容易引入微裂纹，降低太阳能电池的器件性能。准单晶钙钛矿介于多晶钙钛矿和单晶钙钛矿之间，其晶界和缺陷显著小于多晶钙钛矿的，同时其制备要求和成本又比单晶钙钛矿的小。经检索发现专利CN110534654A公开了一种准单晶钙钛矿薄膜的方法，该方法是首先在基底上制备小晶粒的钙钛矿，然后置于含饱和AX气氛的密闭装置中并通过热压法制备准单晶钙钛矿薄膜。但是该专利方法不是在载流子传输层上原位生长准单晶钙钛矿薄膜，在大面积制备时获得的薄膜内阻大，钙钛矿前驱液和反溶剂不能重复利用而材料浪费严重，制备过程中重金属铅以及溶剂挥发致使环境污染严重。

因此，在载流子传输层上原位生长大面积高质量（均匀、晶界少、缺陷少和内阻低）的准单晶钙钛矿薄膜，循环利用钙钛矿前驱液和反溶剂，减少环境污染，对于制备低成本高性能稳定的大面积光伏器件至关重要。

发明内容

鉴于现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种大面积准单晶钙钛矿薄膜密闭循环制备装置及其制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种大面积准单晶钙钛矿薄膜密闭循环制备装置，包括前驱液循环系统、反溶剂循环系统、惰性气体循环系统、大面积准单晶钙钛矿薄膜密闭生长系统和加热系统；前驱液循环系统的第一进液口与第一排液口、反溶剂循环系统的第二进液口与第二排液口、惰性气体循环系统的进气口与排气口均通往大面积准单晶钙钛矿薄膜密闭生长系统，加热系统对大面积准单晶钙钛矿薄膜密闭生长系统进行加热。