[发明专利]一种快速蒸镀钙钛矿太阳电池电极的方法及其器件制备

说明书

本发明公开了一种应用于快速蒸镀倒置纯碘钙钛矿太阳电池金属电极的真空镀膜方法及无掺杂纯碘钙钛矿太阳电池的制备，属于光电器件领域。本蒸镀钙钛矿太阳电池的方法分三个步骤进行，它们分别为慢速、中速和高速。1、低速阶段。在金属挡板挡住蒸发舟电源时，蒸发电源电流控制在100A‑120A范围内，加热5‑8分钟，当打开挡板时，蒸发速度为0.1‑0.6埃/秒；此时金属电极的厚度达到5nm；2、中速阶段。提高蒸发电源的电流到130‑140A时，蒸发速度约0.6‑0.8埃/秒，待金属电极的厚度达到15nm。3、高速阶段。再次提高蒸发电源的电流到140A‑150A，蒸发速度约3埃/秒，维持该高速蒸发的速度到金属电极的厚度为100nm为止。倒置纯碘钙钛矿太阳电池的制备分空穴传输层、钙钛矿活性层、电子传输层、钝化层和金属电极，通过本发明蒸镀金属电极的方法制备的倒置钙钛矿太阳电池，取得了17.51%的光电转换效率，在纯碘倒置钙钛矿太阳电池中性能是最优之一。

技术领域

本发明涉及一种应用于快速蒸镀倒置纯碘钙钛矿太阳电池金属电极的真空镀膜方法及无掺杂纯碘钙钛矿太阳电池的制备，属于光电器件领域。

背景技术

钙钛矿太阳能电池由于活性层材料具有吸收系数大、载流子迁移率高、扩散长度长、光谱范围广等优点，被成为新能源领域研究的热点。2009年日本科学家Miyasaka等利用CH3NH3PbI3和CH3NH3PbBr3作为染料剂首次应用到染料敏化太阳电池中，制备了第一块光电转换效率不到4%的有机无机杂化钙钛矿太阳电池。随后Park组、Soek 组和Michael组及世界上许多研究小组经过大量的研究使得其光电转换效率提升到大于20%，达到硅太阳电池的水平。（J. Am. Chem. Soc., 2009, 131, 6050; Nature, 2013, 499, 316; Nature,2013, 501, 395; 2014, 345, 542; Science, 2014, 344, 458）。至此，世界对于钙钛矿太阳电池的研究进入一个发展高潮。

钙钛矿太阳电池的电极通常有碳电极和金属电极两种，碳电极尽管产业化应用过程中可能有优势，但是由于技术难度难以控制，到目前为止，采用金属电极作为钙钛矿太阳电池较为普遍，制备方法通常采用热蒸发仪蒸镀。然后热蒸发仪的腔体通常尺寸较大，蒸发速度较慢，制备100纳米的金属电极，需要一个小时甚至更多时间。对于工业化发展，这种大体积腔体的蒸镀仪和较慢的蒸发速度，增加了抽真空的时间和电力成本，同时增加了人工成本，对成本控制没有优势，因此发展一种小体积腔体和快速蒸发蒸镀电极的方法具有十分重要的科学及产业意义。

发明内容

本发明采用具有较小体积蒸镀腔体的热蒸发仪快速地对PTAA基有机倒置钙钛矿太阳电池进行热蒸发蒸镀电极，在较短的时间范围内，使得金属电极的厚度达到理想厚度，这种快速蒸镀电极的方法，解决了传统使用具有大腔体体积的热蒸发仪慢速蒸镀金属电极的方法。这种创新方法节省了抽真空的时间和电力能源成本，为工业化制造钙钛矿太阳电池节省了人工成本、能源成本和设备制造成本。

本发明提供了一种基于便捷快速方法制备金属电极的PTAA基倒置钙钛矿太阳电池，该钙钛矿太阳电池的结构包括透明导电电极和金属电极，在这两个电极之间依次插入有机空穴传输层、有机无机钙钛矿活性层、有机电子传输层、有机钝化层等各功能层。所述的四层功能层全部通过低温溶液法制备成膜。

本发明所述的具有较小体积蒸镀腔体的热蒸发仪，其腔体成圆柱型，外直径约为35cm，外高度约为42cm。

本发明所述的较短时间是指金属电极从融化到金属电极全部蒸镀完毕，所用的全部时间约8-16分钟。