[发明专利]一种基于离子交换制备钙钛矿太阳能电池的方法

说明书

本发明属于钙钛矿太阳能电池领域，具体涉及一种基于离子交换制备钙钛矿太阳能电池的方法，其技术方案要点如下，包括如下步骤：S1.电子传输层制备；S2.钙钛矿光吸收层制备：在电子传输层上涂布铅源溶液，并进行第一次退火处理形成无碘铅层；真空加热升华有机盐，与无碘铅层发生加合反应和离子交换反应，形成钙钛矿晶体，反应中采用原位监控钙钛矿晶体组分，得到钙钛矿晶体后经过第二次退火得到钙钛矿光吸收层；S3.空穴传输层制备；S4.金属对电极制备。本发明提供的钙钛矿太阳能电池采用蒸镀法、涂布联合密闭空间升华法、喷涂法和蒸镀法的工业化工序制备，省略了溶液旋涂，每一层厚度可控，可以实现规模化生产。

技术领域

本发明属于钙钛矿太阳能电池领域，具体涉及一种基于离子交换制备钙钛矿太阳能电池的方法。

背景技术

钙钛矿太阳能电池性能优劣的决定因素是ABX₃型的钙钛矿光吸收层的结构组成，其中，A一般为甲胺离子(MA⁺)、甲脒离子(FA⁺)、K⁺、Na⁺、Rn⁺和Cs⁺，B为二价金属离子(如Pb²⁺、Ge²⁺和Sn²⁺等)，X为卤素离子(如Cl^-、Br^-、和I^-等)。不同离子结构的钙钛矿薄膜的性能和使用条件有所不同，常见的具有MAPbI₃、FAPbI₃等结构的钙钛矿薄膜一般用于高效钙钛矿太阳能电池；MAPbBr_xCl_(3-x)(x＝0～3)、FAPbBr_xCl_(3-x)(x＝0～3)等结构的钙钛矿薄膜则用于叠层太阳能电池；CsPbI₃结构的钙钛矿薄膜则是全无机钙钛矿太阳能电池的代表。目前制备不同离子结构的钙钛矿薄膜，通常依据离子加合反应原理采用溶液旋涂法，对钙钛矿薄膜进行离子结构分析，并根据其离子组分精确配制钙钛矿前驱溶液，工序繁琐，且在反应中不能改变钙钛矿薄膜离子组成，同时钙钛矿的成核和晶体生长在旋涂时的几秒内发生，难以控制成膜过程，生长的薄膜粗糙多孔，重复性低，无法进行大面积、规模化生产。因此近几年出现了双源气相沉积法，与溶液旋涂法相比，通过双源气相沉积、化学气相沉积(CVD)等气相法制备钙钛矿薄膜时，厚度依然不可控，且由于源(靶)到基板的距离较大，需要大量的沉积原材料和负载气体，如N₂、Ar等，生产成本高。

有鉴于上述现有的钙钛矿太阳能电池制备方法存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种基于离子交换制备钙钛矿太阳能电池的方法，省略了钙钛矿前驱溶液的精确配制，每一层厚度可控，可以实现规模化生产。经过不断的研究、设计，并经反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于离子交换制备钙钛矿太阳能电池的方法，省略了溶液旋涂，每一层厚度可控，可以实现规模化生产，具有产业价值。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

本发明提供的一种基于离子交换制备钙钛矿太阳能电池的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1.电子传输层制备：在导电玻璃基底上采用蒸镀法沉积电子传输层材料，再进行紫外臭氧处理得到电子传输层；

S2.钙钛矿光吸收层制备：在所述电子传输层上涂布铅源溶液，并进行第一次退火处理形成无碘铅层；真空加热升华有机盐，与无碘铅层发生加合反应和离子交换反应，形成不同离子组分的钙钛矿晶体，反应中采用原位监控钙钛矿晶体组分，得到钙钛矿晶体后经过第二次退火得到钙钛矿光吸收层；

S3.空穴传输层制备：在所述钙钛矿光吸收层上喷涂溶液Spiro-OMeTAD，制得所述空穴传输层；