[发明专利]柔性钙钛矿太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明提供了一种柔性钙钛矿太阳能电池及其制备方法，涉及钙钛矿太阳能电池技术领域。所述柔性钙钛矿太阳能电池包括从下到上依次叠加的基底层，第一电极层，第一传输层，钙钛矿层，第二传输层，第二电极层，包括如下步骤；通过加热固化法得到PDMS薄膜后，采用等离子体处理，制备获得PDMS亲水膜；从第一电极层开始到第二电极层为止中的任意相邻的上下界面，选择其中的至少一组界面之间设置PDMS亲水膜，通过PDMS热压使上下相邻界面结合；移除PDMS亲水膜。本发明通过分层制备各层薄膜，再将相邻层之间进行组合，降低了工艺难度，提高了生产效率，并且改善了溶液法制备过程中的溶剂不兼容现象，提升了钙钛矿太阳能电池整体的稳定性。

技术领域

本发明属于钙钛矿太阳能电池技术领域，特别涉及一种柔性钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术

太阳能作为几乎取之不尽用之不竭的绿色能源，如何有效的利用太阳能一直是科研的热点。太阳能电池至今已发展到第四代，他们分别是第一代晶体硅太阳能电池、第二代化合物薄膜太阳能电池、第三代聚合物太阳能电池和第四代光敏化太阳能电池。

钙钛矿太阳能电池是第四代新型太阳能电池，显著提高了太阳能电池效率。目前高效的单层钙钛矿电池由双侧电极，空穴层，电子层和钙钛矿层组成，钙钛矿电池的每一层的制备方法又包含有旋涂法、刮涂法、刷涂法、狭缝涂布法、真空蒸镀法、原子层沉积等多种工艺手段。电池的性能一般取决于钙钛矿薄膜的质量。

采用旋涂法，制备出的钙钛矿电池薄膜连续均匀、有光泽，这种方法只适用于小面积制备(一般10*10cm内)，浪费过半的原材料；刮涂法一般用于大面积制备，但由于对环境、平整度等要求较高，制备出的钙钛矿薄膜缺陷较多，效率欠佳；真空蒸镀法制备的薄膜均匀致密，但制备成本高，且工艺较复杂，生产率低。为追求高效的钙钛矿太阳能电池，目前钙钛矿太阳能电池的制备方法中，溶液法是被广泛应用的方法，可以得到高效稳定的钙钛矿太阳能电池。

溶液法是在基底材料(含柔性材料或刚性材料)上，选择相同或不同的工艺逐层进行制备。

比如，专利CN 107482122 B公开了一种钙钛矿太阳能电池及制备方法。该钙钛矿太阳能电池，依次包括从下至上依次层叠的导电玻璃衬底、NiO_x空穴传输层、钙钛矿吸收层、电子传输层、缓冲层和金属电极层，所述钙钛矿太阳能电池中各层均采用低温溶液法制成，其中NiOx空穴传输层中共掺杂有Y³⁺与Mg²⁺/Cu²⁺。

又比如，专利CN 110518125 A公开了一种阳离子掺杂钙钛矿太阳能电池及其制备方法，属于钙钛矿太阳能电池领域。对所述钙钛矿太阳能电池的钙钛矿吸光层进行阳离子掺杂，在透明FTO导电玻璃衬底上旋涂SnO₂薄膜作为电子传输层，在电子传输层上用一步溶液法制备钙钛矿吸光层，在钙钛矿的前驱体溶液中掺入阳离子，然后旋涂Spiro-OMeTAD作为空穴传输层，最后蒸镀金电极制得阳离子掺杂的钙钛矿太阳能电池。

上述专利通过掺杂改变半导体的光电特性，从而提升钙钛矿的光物理特性。然而溶液法制备也不乏缺陷。

溶液法制备钙钛矿薄膜一般需要热退火处理以促进结晶和生长,基于导电扫描探针技术的研究表明,热退火在诱导薄膜结晶的同时也会引起材料晶界的融合,有效促进电子和空穴在晶界处分裂。但与此同时,热诱导的应力在本质上也会引起钙钛矿材料结构的不稳定性。

溶液法所制备的钙钛矿薄膜表面一般会存在一些孔洞；产生大量缺陷，促进钙钛矿分解；溶液法经常会出现各层之间溶剂不兼容的现象，比如钙钛矿怕水，传输层溶剂多采用水性溶剂，导致吸光层发生降解现象，使电池的效率大幅度降低；还有各层之间的能级匹配问题，导致载流子在钙钛矿层与传输层之间传输受限制，从而影响钙钛矿太阳能电池的效率和稳定性。

除各层的制备方法由于自身限制形成的薄膜缺陷，逐层制备还会导致在制备过程中出现溶剂不兼容，功能性降解等现象，且工艺复杂，成品合格率下降，设备投资大，生产效率低等情况。