CN112599682A - 一种新型柔性钙钛矿太阳能电池及其制备方法 - Google Patents

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董超
熊继光
王百月
冯笑丹
梁思超
王森
张�杰
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Abstract

本发明提供的一种新型柔性钙钛矿太阳能电池及其制备方法，包括以下步骤：步骤1，在导电电极基底上制备得到空穴传输层；步骤2，在得到的空穴传输层上利用三元气体混合浴制备钙钛矿吸光层；步骤3，在得到的钙钛矿吸光层上制备电子传输层；步骤4，在得到的电子传输层上制备金属对电极层，得到基于三元气体混合浴的钙钛矿薄膜；本发明以铜箔及在其他基底上制备的铜膜为底电极，在此基础上通过气相法完成钙钛矿太阳能电池的制备；此种方法操作简单，避免了常用有毒溶液使用的同时，拓展了钙钛矿太阳能电池结构与制备的途径，材料易得无污染，价格低廉且效果明显，可批量大规模生产，适合高性能、低成本、无污染的高效太阳能电池的制备。

Description

一种新型柔性钙钛矿太阳能电池及其制备方法
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，具体涉及一种新型柔性钙钛矿太阳能电池及其制备方法。
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。然而钙钛矿太阳能电池基底较为单一且价格较为昂贵，限制了其进一步的应用与发展。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型柔性钙钛矿太阳能电池及其制备方法，解决了现有的钙钛矿太阳能电池的制备方法存在成本高的缺陷。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
本发明提供的一种新型柔性钙钛矿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得到空穴传输层，其中，导电电极基底为铜箔基底
步骤2，在得到的空穴传输层上利用三元气体混合浴制备钙钛矿吸光层；
步骤3，在得到的钙钛矿吸光层上制备电子传输层；
步骤4，在得到的电子传输层上制备金属对电极层，得到基于三元气体混合浴的钙钛矿薄膜。
优选地，步骤1中，在导电电极基底上制备得到空穴传输层，具体方法是：
利用碘化方法在导电电极基底上制备空穴传输层。
优选地，步骤2中，在得到的空穴传输层上利用三元气体混合浴制备钙钛矿吸光层，具体方法是：
利用蒸镀法在空穴传输层上制备铅膜；
利用三元气体混合浴，以MAI及I2为原材料制备得到钙钛矿吸光层。
优选地，MAI与I2的摩尔比为(0.9-1.1):1。
优选地，所述铅膜的厚度为10-200nm；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，利用刮刀涂布法在电子传输层上制备金属对电极层。
一种新型柔性钙钛矿太阳能电池，包括导电电极基底，所述导电电极基底上自下至上依次设置有空穴传输层、钙钛矿吸光层、电子传输层和金属对电极层，其中，该钙钛矿吸光层的结构为MAPbI3。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供的一种新型柔性钙钛矿太阳能电池的制备方法，以铜箔为底电极，在此基础上通过气相法完成钙钛矿太阳能电池的制备；此种方法操作简单，避免了常用有毒溶液使用的同时，拓展了钙钛矿太阳能电池结构与制备的途径，材料易得无污染，价格低廉且效果明显，可批量大规模生产，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为铜基钙钛矿型太阳能器件的示意图；
其中，1、导电电极基底2、空穴传输层3、钙钛矿吸光层4、电子传输层5、金属对电极层。
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。
为了满足高性能钙钛矿太阳能电池制备的需求，本发明使用高纯铜箔为底电极，在此基底上通过碘化法原位生长CuI薄膜，并使用气相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)、并使用刮刀涂布银纳米线溶液的方法完成顶透明电极的制备，最终得到可以大规模生产的柔性钙钛矿薄膜太阳能电池器件。
本方法的主要特点为：以铜箔及在其他基底上制备的铜膜为底电极，通过碘化方法原位制备CuI，并在此基础上通过气相法完成钙钛矿太阳能电池的制备。此种方法操作简单，避免了常用有毒溶液使用的同时，拓展了钙钛矿太阳能电池结构与制备的途径，材料易得无污染，价格低廉且效果明显，可批量大规模生产，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。
本发明提供的一种新型柔性钙钛矿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1：以高纯铜箔(99.9％)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，氮气流吹干备用；
或在其他基底上制备的铜膜；
本层的另一特点为柔性，大大改善了传统半导体金属氧化物透明电极的易碎性，且具有极广的背底材料适用范围。
步骤2，在导电电极基底上，利用碘化方法(溶液法及气相法，)得到空穴传输层2，以溶液法为例，取0.05mg-1mg碘单质溶于1ml异丙醇中，优选为0.5mg/ml，60℃搅拌3min；将铜箔底部以胶带封装好置于上述异丙醇溶液中，静置2-60s，优选为30s，60℃退火2-10min，优选为5min。得到空穴传输层厚度约为50nm。
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3，结构为MAPbI3，具体地：
首先通过蒸镀的方法在2所述基底上制备一层铅膜，厚度为10-200nm之间，优选的，蒸镀60nm铅膜，在此基础上通过双元共蒸方式，以MAI及I2为原材料制备钙钛矿薄膜，其中，MAI与I2摩尔比为(0.9-1.1):1，优选为1.05:1；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4，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，在电子传输层上形成的金属对电极层5，材料为商品化银纳米线溶胶，溶剂为异丙醇，浓度50g/L，银纳米线直径约10nm，长度5-10μm。刮刀涂布速度为10-20mm/s，优选为15mm/s；涂布温度为室温；刮刀与基底间距为5μm；涂布后经氮气中70-100℃退火5-10分钟，优选80℃，8分钟；厚度约为8-15nm。

Claims (8)

1.一种新型柔性钙钛矿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得到空穴传输层，其中，导电电极基底为铜箔基底；
步骤2，在得到的空穴传输层上利用三元气体混合浴制备钙钛矿吸光层；
步骤3，在得到的钙钛矿吸光层上制备电子传输层；
步骤4，在得到的电子传输层上制备金属对电极层，得到基于三元气体混合浴的钙钛矿薄膜。
2.根据权利要求1所述的一种新型柔性钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤1中，在导电电极基底上制备得到空穴传输层，具体方法是：
利用碘化方法在导电电极基底上制备空穴传输层。
3.根据权利要求1所述的一种新型柔性钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤2中，在得到的空穴传输层上利用三元气体混合浴制备钙钛矿吸光层，具体方法是：
利用蒸镀法在空穴传输层上制备铅膜；
利用三元气体混合浴，以MAI及I2为原材料制备得到钙钛矿吸光层。
4.根据权利要求3所述的一种新型柔性钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，MAI与I2的摩尔比为(0.9-1.1):1。
5.根据权利要求3所述的一种新型柔性钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述铅膜的厚度为10-200nm；钙钛矿吸光层厚度为300-600nm。
6.根据权利要求1所述的一种新型柔性钙钛矿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。
7.根据权利要求1所述的一种新型柔性钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤4中，利用刮刀涂布法在电子传输层上制备金属对电极层。
8.一种新型柔性钙钛矿太阳能电池，其特征在于，包括包括导电电极基底，所述导电电极基底上自下至上依次设置有空穴传输层、钙钛矿吸光层、电子传输层和金属对电极层，其中，该钙钛矿吸光层的结构为MAPbI3。
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WO2022127182A1 (zh) * 2020-12-15 2022-06-23 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 一种三元气体混合浴的钙钛矿薄膜的制备方法

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