[发明专利]一种利用高频微振增强薄膜润湿性的方法及设备

说明书

本发明公开了一种利用高频微振增强薄膜润湿性的方法及设备，属于材料科学技术和薄膜制备技术领域。首先，将涂覆物质体系涂覆于太阳电池基体或薄膜表面，并采用多个振动源使太阳电池基体产生振动，在太能电池基体或薄膜表面形成一层液膜，其次，将太阳电池基体或薄膜表面的液膜进行干燥、退火处理，在太阳电池基体或薄膜表面形成润湿薄膜。在多源多向高频微振作用下，液膜与太阳电池基体或薄膜凹坑交互的前缘，不断发生高频的动态润湿作用，从而驱赶凹坑内部气泡，实现大粗糙度、大起伏、深凹坑的浸润与填充，大大减少了薄膜与太阳电池基体或薄膜的未覆盖区域，有效提高了薄膜的涂覆速度和涂覆质量，为廉价、快速制备大面积钙钛矿太阳电池提供了技术方案。

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，具体涉及一种利用高频微振增强薄膜润湿性的方法及设备。

背景技术

伴随能源短缺与环境恶化对人们生活的影响，太阳能清洁能源的利用和发展成为人们关注的重要领域。在太阳能电池领域，具有ABX3钙钛矿结构的光电转换材料，因其较高的光电转换效率、便捷的溶液制备方法、优异的载流子输运性能引起科研人员不断地探索。十年来，钙钛矿太阳电池的光电转换效率自3.9％一路攀升，迄今为止钙钛矿太阳电池的最高效率已经达到25.2％，大面积钙钛矿太阳电池效率超过20％。

太阳电池中钙钛矿光吸收层、电子传输层、空穴传输层等功能层，是太阳电池光电转换的重要组成部分。目前，实验室制备小面积钙钛矿液膜、电子传输层液膜、空穴传输层液膜的方法主要是旋涂法，具有较高的可控性和重复性，然而实验室制备的电池液膜最大尺寸不超过225cm²(15cm×15cm)。现有大面积钙钛矿液膜的制备方法众多，其中具有发展前景的主要包括狭缝涂布法、刮涂法、喷涂法等方法。在大面积涂覆钙钛矿液膜流程中，需要较快的涂覆速度以保证生产效率和薄膜质量，现有涂膜方法中，由于导电玻璃基板或薄膜的表面凹坑，气-液-固三相界受到基体粗糙起伏和内部气体的影响，尚不能够实现高速涂膜。

为了获得快速涂覆及高质量界面的大面积钙钛矿太阳电池，科研人员对钙钛矿溶液涂覆过程(基体起伏、表面添加剂、涂膜条件等)展开了广泛的研究。相关工业流程通过抛光粗糙基体表面，减少基体粗糙起伏对于涂膜过程的影响。还有研究表明，通过引入多种表面活性剂可以改善基体的润湿性、抑制溶液的非均匀流动，实现钙钛矿溶液的快速刮涂。还有通过调控涂膜过程中的环境压强，减少凹坑内残存的气体，降低液膜前缘的浸润阻力。然而，大多数上述方法未能获得良好的太阳电池器件性能，或者具有高昂的生产成本，并不适用于规模化的涂膜生产，不便于实现高质量、大面积的太阳电池液膜的制备。

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利用高频微振增强薄膜润湿性的方法及设备，以解决制备大面积钙钛矿太阳电池薄膜中，由于界面气泡引入夹杂造成膜层界面缺陷的技术问题，以及低压设备的生产成本问题。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种利用高频微振增强薄膜润湿性的方法，包括以下步骤：

1)依次将空穴传输层材料、钙钛矿光吸收层材料和电子传输层材料涂覆于太阳电池基体表面，并采用多个振动源使太阳电池基体产生频率为250KHz～500KHz、振幅为3nm～凹坑平均深度十分之一的振动，在太能电池基体表面形成一层厚度≤10μm的液膜；

2)将太阳电池基体表面的液膜进行干燥、退火处理，在太阳电池基体表面形成润湿薄膜。

进一步地，振动源方向垂直于太阳电池基体表面或平行于太阳电池基体表面或二者的复合方向。

进一步地，步骤1中，空穴传输层材料为金属氧化物、CuI、CuI₂导电碳浆、聚噻吩衍生物和spiro-OMeTAD中的一种或几种。