CN112593190B - 一种双元共蒸的fa基钙钛矿薄膜的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的一种双元共蒸的FA基钙钛矿薄膜的制备方法，包括以下步骤：利用气相双元共蒸法在基底上制备得到钙钛矿薄膜；本发明利用气相双元共蒸的方法进行钙钛矿薄膜的制备，操作简单，避免了溶液使用的同时，拓展了钙钛矿薄膜气相制备的途径，且对导电基底要求较低，材料易得无污染，且效果明显。

Description

一种双元共蒸的FA基钙钛矿薄膜的制备方法
技术领域
本发明为钙钛矿太阳能电池器件的设计和制备领域，具体涉及一种双元共蒸的FA基钙钛矿薄膜的制备方法。
背景技术
近年来发现的钙钛矿型太阳能电池由于高转换效率、低成本、环境友善、产品可挠化等优点正在受到越来越广泛的关注。其中，新型钙钛矿性太阳能电池的光电转换效率在短短几年内提升了数倍，表现出非常优异的光电性能，基于钙钛矿型半导体材料的器件设计和制备也越发值得探究，而FA基钙钛矿材料由于其较为优异的稳定性而受到广泛关注。
目前FA基钙钛矿型薄膜研究面临的重要问题之一是进行无溶液高质量薄膜的制备，而目前通过蒸镀法进行无溶液高质量薄膜的制备，但是该方法存在成本高的缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种双元共蒸的FA基钙钛矿薄膜的制备方法，解决了现有技术中存在的不足。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
本发明提供的一种双元共蒸的FA基钙钛矿薄膜的制备方法，包括以下步骤：
利用气相双元共蒸法在基底上制备得到钙钛矿薄膜。
优选地，利用气相双元共蒸法在基底上制备得到钙钛矿薄膜，具体方法是：
在30-150℃的温度下，在基底上分别以FAI及I2为蒸发源，制备得到钙钛矿薄膜，其中，FAI及I2的摩尔比(1-2)：(2:-1)；钙钛矿吸光层厚度为300-600nm。
优选地，利用气相双元共蒸法在基底上制备得到钙钛矿薄膜，具体方法是：
在120℃的温度下，在基底上分别以FAI及I2为蒸发源，制备得到钙钛矿薄膜，其中，FAI及I2的摩尔比1:1.2；钙钛矿吸光层厚度为300-600nm。
一种双元共蒸的FA基太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，在导电电极基底上制备空穴传输层；
步骤2，在空穴传输层上利用气相双元共蒸法制备钙钛矿吸光层；
步骤3，在钙钛矿吸光层上制备电子传输层；
步骤4，在电子传输层上制备金属对电极层，得到基于双元共蒸的FA基钙钛矿薄膜。
优选地，步骤1中，利用刮刀涂布法在导电电极基底上制备空穴传输层。
优选地，步骤2中，在空穴传输层上利用气相双元共蒸法制备钙钛矿吸光层，具体方法是：
通过双元蒸镀法在空穴传输层上制备铅膜；
在30-150℃的温度下，在得到的铅膜上，分别以FAI及I2为蒸发源，制备得到钙钛矿薄膜。
优选地，通过双元蒸镀法在空穴传输层上制备铅膜的工艺参数是：
Pb与CsI摩尔比为(7-9)：(3:1)；得到的铅膜厚度为10-200nm。
优选地，制备得到钙钛矿薄膜的工艺条件是：
FAI及I2的摩尔比(1-2)：(2:-1)；钙钛矿吸光层厚度为300-600nm。
优选地，步骤3中，利用热蒸发法在钙钛矿吸光层上制备电子传输层。
优选地，步骤4中，利用蒸镀法在电子传输层上制备金属对电极层。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供的一种双元共蒸的FA基钙钛矿薄膜的制备方法，通过FAI及I2的气相双元共蒸的方法进行钙钛矿薄膜的制备，操作简单，避免了溶液使用的同时，拓展了钙钛矿薄膜气相制备的途径，且对导电基底要求较低，材料易得无污染，且效果明显。
本发明提供的一种双元共蒸的FA基太阳能电池的制备方法，通过气相双元共蒸的方法进行钙钛矿薄膜的制备，该方法适合高性能、低成本、无污染的高效太阳能电池的制备。
附图说明
图1为钙钛矿薄膜双元共蒸的示意图；
图2为钙钛矿型太阳能器件100的示意图；
其中，1、导电电极基底 2、FAI蒸发源 3、I2蒸发源 102、导电电极基底 104、空穴传输层 106、钙钛矿吸光层 108、电子传输层 110、第二电极。
具体实施方式
在描述本发明的实施方案时，为了清楚起见，使用了特定的术语。然而，本发明无意局限于所选择的特定术语。应了解每个特定元件包括类似的方法运行以实现类似目的的所有技术等同物。
为了满足无溶剂高性能钙钛矿太阳能电池制备的需求，本发明使用的基底为表面覆盖有空穴传输层的导电基底(PET柔性薄膜、FTO导电玻璃等)，在此基底上蒸镀铅膜，并使用双元共蒸的方法进行钙钛矿薄膜的制备，通过真空热蒸发的方法完成电子传输层(C60/BCP)、电极层(银、铜)的制备，最终得到可以大规模生产的钙钛矿薄膜太阳能电池器件。
本方法的主要特点为：通过FAI及I2的气相双元共蒸的方法进行钙钛矿薄膜的制备，操作简单，避免了溶液使用的同时，拓展了钙钛矿薄膜气相制备的途径，且对导电基底要求较低，材料易得无污染，且效果明显，适合高性能、低成本、无污染的高效太阳能电池的制备。
下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。
本发明提供的一种双元共蒸的FA基钙钛矿薄膜的制备方法，包括以下步骤：
首先通过双元蒸镀的方法在基底上制备一层铅膜(含一定量CsI)，Pb与CsI摩尔比为7:3-9:1，优选摩尔比为8:2；铅膜的厚度为10-200nm，优选的厚度为60nm；
之后在30-150℃的温度下，在得到的铅膜上，分别以FAI及I2为蒸发源，制备得到钙钛矿薄膜，其中，FAI及I2的摩尔比1:2-2:1，优选比例为1:1.2；优选的温度为120℃；所得钙钛矿吸光层厚度为300-600nm。
本发明提供的一种双元共蒸的FA基太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，导电电极基底102：以沉积在透明的PET树脂薄膜上的ITO透明电极为器件的基底为例，基底面积不限(本例为5×5cm2)，此类产品有规模化量产的商品化产品可以直接使用。使用前，应将电极表面依次分别使用去离子水、丙酮、异丙醇超声处理15分钟，然后使用紫外光清洗机清洁10分钟，氮气流吹干备用；
步骤2，在导电电极基底上，利用刮刀涂布的方法制备得到的空穴传输层104，以PEDOT：PSS为例，使用的浆料为商品化PEDOT：PSS(AI 4083)水溶液，使用异丙醇按照1：3配比稀释，刮刀涂布速度为10-20mm/s，优选为15mm/s；涂布温度为45-70℃，优选为55℃；刮刀与基底间距为50μm；涂布后经氮气中80-100℃退火10-20分钟，优选90℃，15分钟。
得到的空穴传输层厚度约为100nm；
步骤3，在空穴传输层上制备的钙钛矿吸光层106，钙钛矿吸光层的结构为CsxFA1- xPbI3；具体地：
首先通过双元蒸镀的方法在2所述基底上制备一层铅膜(含一定量CsI)，Pb与CsI摩尔比为7:3-9:1，优选摩尔比为8:2；铅膜的厚度为10-200nm，优选的厚度为60nm；
之后在30-150℃的温度下，在得到的铅膜上，分别以FAI及I2为蒸发源，制备得到钙钛矿薄膜，其中，FAI及I2的摩尔比1:2-2:1，优选比例为1:1.2；优选的温度为120℃；所得钙钛矿吸光层厚度为300-600nm；
步骤4，在钙钛矿吸光层上通过热蒸发法制备的电子传输层108，材料为C60；蒸镀速度为0.1A-0.5A/s，优选为0.3A/s；厚度约为40-50nm；
步骤5，在电子传输层上蒸镀的金属对电极层110，材料为高纯铜(＞99.99％)；蒸镀速度为0.1A-1.5A/s，优选的为0.3A/s；铜膜厚度为100nm。

Claims (6)

1.一种双元共蒸的FA基太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，在导电电极基底上制备空穴传输层；
步骤2，在空穴传输层上利用气相双元共蒸法制备钙钛矿吸光层；
步骤3，在钙钛矿吸光层上制备电子传输层；
步骤4，在电子传输层上制备金属对电极层，得到基于双元共蒸的FA基钙钛矿薄膜；
步骤2中，在空穴传输层上利用气相双元共蒸法制备钙钛矿吸光层，所述钙钛矿吸光层的结构为CsxFA1-xPbI3，具体方法是：
通过双元蒸镀法在空穴传输层上制备铅膜；
在30-150℃的温度下，在得到的铅膜上，分别以FAI及I2为蒸发源，制备得到钙钛矿薄膜，其中，FAI及I2的摩尔比1:2-2:1；钙钛矿吸光层厚度为300-600nm；
通过双元蒸镀法在空穴传输层上制备铅膜的工艺参数是：
Pb与CsI摩尔比为7:3-9:1；得到的铅膜厚度为10-200nm。
2.根据权利要求1所述的一种双元共蒸的FA基太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤1中，利用刮刀涂布法在导电电极基底上制备空穴传输层。
3.根据权利要求1所述的一种双元共蒸的FA基太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述Pb与CsI摩尔比为8:2；所述铅膜的厚度为60nm。
4.根据权利要求1所述的一种双元共蒸的FA基太阳能电池的制备方法，其特征在于，制备钙钛矿薄膜的温度为120℃；制备钙钛矿薄膜时，FAI及I2的摩尔比1:1.2。
5.根据权利要求1所述的一种双元共蒸的FA基太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤3中，利用热蒸发法在钙钛矿吸光层上制备电子传输层。
6.根据权利要求1所述的一种双元共蒸的FA基太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤4中，利用蒸镀法在电子传输层上制备金属对电极层。
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