[发明专利]一种太阳电池基体绒面蒸气预涂与涂膜一体化方法及设备

说明书

本发明公开了一种太阳电池基体绒面蒸气预涂与涂膜一体化方法及设备，属于材料科学技术和薄膜制备技术领域。该方法包括以下步骤：1)利用钙钛矿溶液或溶胶的饱和蒸气对太阳电池基体绒面进行预涂，在太阳电池基体绒面表面形成一层仿形预润湿层，其中钙钛矿溶液的饱和蒸气的温度为0℃～100℃；2)5s内在仿形预润湿层表面涂覆钙钛矿液膜。本发明通过提前利用蒸汽对太阳电池绒面进行预涂处理，避免直接涂覆液膜过程中，液膜裹挟空气无法浸润凹坑内部，大幅减少了钙钛矿薄膜与太阳电池基体间的未覆盖孔洞，提高了钙钛矿溶液的涂覆速度和涂覆质量，为快速制备高效大面积钙钛矿太阳电池提供了良好条件。

技术领域

本发明属于材料科学技术和薄膜制备技术领域，涉及溶液法制备大面积薄膜及其在钙钛矿太阳电池中的应用，具体涉及一种太阳电池基体绒面蒸气预涂与涂膜一体化方法及设备。

背景技术

随着不可再生能源的逐渐枯竭，以及化石燃料消耗带来的环境影响，寻求新型可再生能源成为国内外研究和关注的焦点。太阳能光伏是利用最多的一种能源方式，主要包括单晶硅、多晶硅、非晶硅、有机光伏(OPV)、薄膜太阳能电池(CIGS)以及近些年逐渐兴起的钙钛矿电池。钙钛矿电池是以ABX₃结构的钙钛矿型材料作为光吸收层的新型太阳电池，自其首次报导以来，由于其简单的制备手段以及超低的生产成本受到广泛关注。小面积电池的效率已经突破25％，而大面积电池的效率由于制备工艺的影响仍然难以与小面积电池相媲美。

在大面积钙钛矿薄膜的制备过程中，液膜的涂覆受到基体粗糙程度、涂覆速度的影响，在液膜润湿基体或底层薄膜时，容易出现绒面凹坑未填充的现象并形成薄膜孔洞，尤其是快速涂覆过程中大面积液膜出现不均匀、缺失的现象，都严重降低了钙钛矿太阳电池的效率和其他光电性能。钙钛矿薄膜的致密性、均匀性成为电池光电性能的重要障碍，而传统的实验室制膜手段包括旋涂法、狭缝涂布法、喷雾法等，在简单调节工艺参数的条件下，都无法有效解决大面积工业化制备钙钛矿液膜的问题。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种太阳电池基体绒面蒸气预涂与涂膜一体化方法及设备，以解决目前制备工艺在快速涂覆大面积钙钛矿太阳电池薄膜中，由于绒面凹坑内部未填充导致的薄膜不均匀与缺失问题。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明公开的一种太阳电池基体绒面蒸气预涂与涂膜一体化方法，包括以下步骤：

1)利用钙钛矿溶液或溶胶的饱和蒸气对太阳电池基体绒面进行预涂，在太阳电池基体绒面表面形成一层仿形预润湿层，其中钙钛矿溶液的饱和蒸气的温度为0℃～100℃；

2)在仿形预润湿层表面涂覆钙钛矿液膜，在太阳电池基体绒面上形成钙钛矿液膜。

优选地，步骤1)中，钙钛矿前驱体溶胶或溶液，溶剂为DMF、DMSO、NMP和γ-丁内脂中的一种或几种；溶质为ABX₃，其中A为烷基胺、碱金属或二者组合，B为铅、锡或二者组合，X为Br、Cl和I中的一种或几种。

优选地，步骤1)中，仿形预润湿层的厚度小于100nm。

优选地，步骤2)中，在5s内完成仿形预润湿层表面涂覆钙钛矿液膜的操作。

本发明还公开了一种太阳电池基体绒面蒸气预涂与涂膜一体化设备，包括涂布装置、气氛发生装置、蒸气喷吹装置、太阳电池基体和基板；气氛发生装置与蒸气喷吹装置通过管路连接，蒸气喷吹装置和涂布装置均位于太阳电池基体的上方，太阳电池基体固定于基板上方；蒸气喷吹装置与涂布装置同步运动且二者的相对速度可调。

优选地，气氛发生装置包括气氛物质源、第一温度调控装置和压力调控装置，第一温度调控装置和压力调控装置均与气氛物质源连接。

优选地，基板内设有用于调节基板温度的第二温度调控装置。