CN113122813A - 一种低温无损半透明钙钛矿太阳电池及其制备方法与应用 - Google Patents
一种低温无损半透明钙钛矿太阳电池及其制备方法与应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113122813A CN113122813A CN202110344928.1A CN202110344928A CN113122813A CN 113122813 A CN113122813 A CN 113122813A CN 202110344928 A CN202110344928 A CN 202110344928A CN 113122813 A CN113122813 A CN 113122813A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- solar cell
- low
- layer
- perovskite
- transport layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 35
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 37
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims abstract description 16
- 230000005525 hole transport Effects 0.000 claims description 22
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 22
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 claims description 15
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 15
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 claims description 14
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 12
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 11
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 10
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 8
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 7
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 7
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 7
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 5
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims description 5
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229920001167 Poly(triaryl amine) Polymers 0.000 claims description 4
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims description 4
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- PDZKZMQQDCHTNF-UHFFFAOYSA-M copper(1+);thiocyanate Chemical compound [Cu+].[S-]C#N PDZKZMQQDCHTNF-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 3
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims description 3
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims description 3
- 238000009832 plasma treatment Methods 0.000 claims description 3
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 3
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 2
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 claims description 2
- 229910000480 nickel oxide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N oxonickel Chemical compound [Ni]=O GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 125000003003 spiro group Chemical group 0.000 claims description 2
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N titanium dioxide Inorganic materials O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 abstract description 11
- 238000009826 distribution Methods 0.000 abstract description 4
- 238000010849 ion bombardment Methods 0.000 abstract description 4
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 59
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 23
- MVPPADPHJFYWMZ-UHFFFAOYSA-N chlorobenzene Chemical compound ClC1=CC=CC=C1 MVPPADPHJFYWMZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N Dimethylsulphoxide Chemical compound CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- MCEWYIDBDVPMES-UHFFFAOYSA-N [60]pcbm Chemical compound C123C(C4=C5C6=C7C8=C9C%10=C%11C%12=C%13C%14=C%15C%16=C%17C%18=C(C=%19C=%20C%18=C%18C%16=C%13C%13=C%11C9=C9C7=C(C=%20C9=C%13%18)C(C7=%19)=C96)C6=C%11C%17=C%15C%13=C%15C%14=C%12C%12=C%10C%10=C85)=C9C7=C6C2=C%11C%13=C2C%15=C%12C%10=C4C23C1(CCCC(=O)OC)C1=CC=CC=C1 MCEWYIDBDVPMES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 7
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 4
- XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N Ethyl acetate Chemical group CCOC(C)=O XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 2
- KTSFMFGEAAANTF-UHFFFAOYSA-N [Cu].[Se].[Se].[In] Chemical compound [Cu].[Se].[Se].[In] KTSFMFGEAAANTF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012296 anti-solvent Substances 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- ZASWJUOMEGBQCQ-UHFFFAOYSA-L dibromolead Chemical compound Br[Pb]Br ZASWJUOMEGBQCQ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- RQQRAHKHDFPBMC-UHFFFAOYSA-L lead(ii) iodide Chemical compound I[Pb]I RQQRAHKHDFPBMC-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 239000012047 saturated solution Substances 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 239000011550 stock solution Substances 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 238000004506 ultrasonic cleaning Methods 0.000 description 1
- YVTHLONGBIQYBO-UHFFFAOYSA-N zinc indium(3+) oxygen(2-) Chemical compound [O--].[Zn++].[In+3] YVTHLONGBIQYBO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/34—Sputtering
- C23C14/35—Sputtering by application of a magnetic field, e.g. magnetron sputtering
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/02—Pretreatment of the material to be coated
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
- C23C14/08—Oxides
- C23C14/086—Oxides of zinc, germanium, cadmium, indium, tin, thallium or bismuth
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/54—Controlling or regulating the coating process
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
- H10K30/80—Constructional details
- H10K30/81—Electrodes
- H10K30/82—Transparent electrodes, e.g. indium tin oxide [ITO] electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K71/00—Manufacture or treatment specially adapted for the organic devices covered by this subclass
- H10K71/60—Forming conductive regions or layers, e.g. electrodes
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/549—Organic PV cells
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
本发明公开了一种低温无损半透明钙钛矿太阳电池及其制备方法与应用。本发明所述低温无损半透明钙钛矿太阳电池的制备方法，主要通过利用网状磁场调控离子轰击速度和强度，将高温高离子转化为低温低离子，降低冲击力度，制备TCO透明电极。本发明所述半透明钙钛矿太阳电池制备方法，可根据衬底尺寸的增大，调整磁场的强弱，以及磁场的分布情况，和磁场调控模式，从而保证在衬底尺寸增大的同时保持原有的良品率。本发明所述制备方法可应用于制备大面积钙钛矿电池上。
Description
技术领域
本发明属于半透明钙钛矿太阳电池器件领域，具体涉及一种低温无损半透明钙钛矿太阳电池及其制备方法与应用。
背景技术
近些年来，得益于其低廉的制备成本、灵活多变的制备工艺以及快速提升的能量转换效率，钙钛矿太阳电池得到了迅速发展，也受到了越来越多的关注。为使得其能够应用在建筑表层，更好地利用太阳能，实现建筑光伏一体化，或者作为顶电池与硅、铜铟镓硒电池进行叠层，需开发高效大面积半透明钙钛矿太阳电池。半透明钙钛矿电池的顶电极需用透明导电氧化物(TCO)替代传统的不透光的金属电极为半透明电极。由于传统的高温高离子轰击的磁控溅射工艺会破坏光伏器件中的载流子选择层和钙钛矿层，因此，需要开发低温低损低离子轰击的制备工艺。
发明内容
为了克服现有技术的不足和缺点，本发明的首要目的在于提供一种低温无损半透明钙钛矿太阳电池的制备方法，该制备方法通过利用网状磁场调控离子轰击速度和强度，将高温高离子转化为低温低离子，降低冲击力度，制备TCO透明电极，制备出高效的、稳定的半透明钙钛矿器件，该制备方法可以在大面积衬底上获得表面低损的半透明钙钛矿太阳电池，该制备方法对于未来实现半透明钙钛矿太阳电池工业化生产具有重要的意义。
本发明的第二目的在于提供上述制备方法制备的低温无损半透明钙钛矿太阳电池。
本发明的第三目的在于提供上述低温无损半透明钙钛矿太阳电池在光伏太阳电池的应用。
本发明的首要目的通过下述技术方案实现：
一种低温无损半透明钙钛矿太阳电池的制备方法，包括TCO透明电极的制备：
通过在磁控溅射过程中，添加调控网状磁场的缓冲板，调控离子在钙钛矿层和电子传输层表面沉积时的轰击速度和能量，入射粒子经历复杂的散射后，和靶原子碰撞，把部分动量传给靶原子，此靶原子又和其他靶原子碰撞，形成级联过程；在这种级联过程中某些表面附近的靶原子获得向外运动的足够动量，离开靶后被溅射出来；被溅射出来的靶原子到缓冲板受到了网状磁场的制约，再次和附近的氧化物入射粒子相互碰撞减慢速度，并且形成了级联过程，级联碰撞的靶原子速度减慢，动能降低，从固定缓冲板中穿过，最终进入到ALD缓冲层沉积到器件上，形成TCO透明电极。
优选的，所述网状磁场的磁控溅射高度为5～8cm，磁场强度为30～90w，磁控溅射时间为35～90min。
优选的，所述网状磁场的磁控溅射高度为6cm，磁场强度为50W，磁控溅射时间为60min。
优选的，所述TCO透明电极材料为氧化铟锌(IZO)。
优选的，所述低温无损半透明钙钛矿太阳电池的制备方法，具体制备步骤如下：
(1)基片清洗：将透明导电玻璃经去离子水、乙醇、异丙醇超声清洗后进行烘干，再进行等离子体处理，得基片层；
(2)制备空穴传输层：步骤(1)中得到的基片层，在上面涂覆质量浓度为1～5mg/mL空穴传输层溶液，80～150度后处理制得空穴传输层；
(3)制备钙钛矿层：将步骤(2)中得到的带有空穴传输层的基片，涂覆钙钛矿前驱体溶液，并在最后5～15s进行反萃，80～150度后处理10～20分钟，制得钙钛矿层；
(4)制备电子传输层：将步骤(3)中得到的钙钛矿层的基片，涂覆质量浓度为10～30mg/mL的电子传输层溶液，制得电子传输层；
(5)制备ALD缓冲层：清洗步骤(4)中得到的带有电子传输层的基片，用ALD原子沉积制备ALD缓冲层；
(6)制备TCO透明电极：将步骤(5)ALD原子沉积处理后的器件放入网状磁场磁控溅射设备，通过溅射设备将TCO材料溅射到ALD缓冲层上，制备TCO透明电极；
(7)将步骤(6)得到的覆有TCO透明电极的基片进行表面蒸镀银后，即可制备半透明钙钛矿太阳电池。
优选的，所述步骤(2)中空穴传输层溶液质量浓度为1.5mg/mL，空穴传输层材料为PTAA、氧化镍、spiro、硫氰酸亚铜(CuSCN)中的任意一种，后处理温度为120度。
优选的，所述步骤(3)中反萃时间为10s，后处理温度为100度，时间为15分钟。
优选的，所述步骤(4)中电子传输层溶液质量浓度为15mg/mL，电子传输层材料为PCBM或C60中的任意一种。
优选的，所述步骤(5)中ALD缓冲层为TiO2或SnO2。
优选的，所述步骤(3)中的钙钛矿层为有机无机-杂化钙钛矿材料或全无机钙钛矿材料。
本发明的第二目的通过下述技术方案实现：
一种低温无损半透明钙钛矿太阳电池，包括基片层、空穴传输层、钙钛矿层、电子传输层、ALD缓冲层和TCO透明电极，结构示意图如图5所示。
本发明的第三目的通过下述技术方案实现：
一种低温无损半透明钙钛矿太阳电池在光伏太阳电池的应用。
本发明相较于现有技术具有如下优点和效果：
(1)本发明通过网状磁场调控技术，降低了原现有溅射工艺对钙钛矿层、电子传输层表面造成的损伤，使得半透明电池的良品率增加，效率得以提升。
(2)本发明所述半透明钙钛矿太阳电池制备方法，可根据衬底尺寸的增大，调整磁场的强弱，以及磁场的分布情况，和磁场调控模式，从而保证在衬底尺寸增大的同时保持原有的良品率。因此此技术可应用于制备大面积钙钛矿电池上。
(3)本发明加入了特制磁场调控缓冲板，调控离子接近基板时的速度和能量，减弱其对表面的轰击，从而减少表面损伤。在没有过多增加成本和步骤的同时，能大幅地提高器件良品率和效率。本发明所提供的网状磁场调控技术对于半透明电池的制备及具有透明电极电池的大面积化有非常重要的应用价值。
附图说明
图1为制备本发明的特殊磁场示意图。
图2为特定缓冲板平面俯视图。
图3改进前后相同位置的有效点数变化(附序号位置分布表)。
图4改进前后效率变化对比图。
图5为制备的低温无损半透明钙钛矿太阳电池的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步阐述，但本发明并不限于以下实施例。所述方法如无特别说明均为常规方法。所述原材料如无特别说明均能从公开商业途径而得。
实施例1
10×10平方厘米的样品托上制备衬底尺寸为2.5×2.5平方厘米的半透明钙钛矿电池
(1)清洗基片
将透明导电玻璃ITO(氧化铟锡)经水、乙醇超声清洗后进行烘干，再进行氧等离子体处理，得ITO玻璃基片层；
所述透明导电玻璃的厚度为300～600nm，烘干温度为600℃，烘干时长为3h。
(2)制备空穴传输层
将PTAA溶解于氯苯制得1.5mg/mL的PTAA/氯苯溶液，用0.22μm的滤头将其过滤得空穴传输层溶液；取80μL空穴传输层溶液滴在步骤(1)所示的ITO玻璃基板上,加速旋转3s，匀速旋转时间30s，旋转速度6000rmp，停止旋转后，得涂覆有空穴传输层溶液的ITO玻璃基片；将涂覆空穴传输层溶液的ITO玻璃基片放置在120℃热台加热20min；将Al2O3：IPA按照1:50的质量比例融合并过滤，得Al2O3/IPA溶液，取100～110uL Al2O3/IPA溶液置于加热后的涂覆空穴传输层的ITO玻璃基片，加速旋转3s，旋转匀速时间为30s，旋转速度为3500rmp；停止旋转后，将涂覆有Al2O3/IPA溶液和空穴传输层溶液的ITO玻璃基片放置在120℃热台加热20min，制得空穴传输层。
(3)制备钙钛矿层
钙钛矿前驱体溶液由FAPbI3(260ul)、MAPbBr3(40ul)，和CsI(15ul)组成；所述FAPbI3的制备，需通过混合FAI(1.38M)和PbI2(1.5M)，并将其溶解在DMF:DMSO(8:2，v:v)中；所述MAPbI3的制备，需混合MABr(1.38M)和PbBr2(1.5M)溶解在DMF:DMSO(8:2，v:v)；之后，将390mgCsI溶于1ml二甲基亚砜中制备CsI原液。钙钛矿溶液在4000rmp速度，旋转30s进行悬涂。涂覆钙钛矿前驱体溶液后，在最后10s进行反萃，滴加的反溶剂为乙酸乙酯(240～300ul),80～150度后处理10～20分钟，制得钙钛矿层；
(4)制备电子传输层
将PCBM溶解于氯苯制得15mg/mL的PCBM/氯苯溶液，用0.22μm的滤头将其过滤后得电子传输层溶液，取80μL滴至上述所得的步骤(3)钙钛矿层上以2000rmp匀速旋转30s，形成PCBM层；将BCP溶于异丙醇制得其饱和溶液，用0.22um的滤头将其过滤后，取80μL BCP/异丙醇溶液滴于PCBM层上，以4000rmp匀速旋转30s，制得电子传输层。
(5)制备ALD缓冲层
清洗步骤(4)中基片的电子传输层，用ALD原子沉积制备缓冲层，沉积材料为SnO2，沉积厚度为200nm。
(6)制备TCO透明电极
将步骤(5)ALD原子沉积处理后的器件放入磁控溅射设备，通过溅射设备将TCO溅射到ALD缓冲层上，溅射高度6cm，磁场功率为50w，溅射时间为80(2s)min，沉积厚度为200nm。
(7)将步骤(6)得到的覆有TCO透明电极的基片进行表面蒸镀银后，即可制备半透明钙钛矿太阳电池。
实施例2
通过低温低离子磁控溅射工艺改进的10×10平方厘米的样品托上制备衬底尺寸为2.5×2.5平方厘米的半透明钙钛矿电池
与实施例1所述，制备半透明钙钛矿电池前体器件，完成(1)-(5)步，通过利用上述网状磁场调控技术，将高温高离子转化为低温低离子，保持溅射强度适中，最后溅射出的TCO器件如图1。改进后和改进前结果如图3，从图中可知，改进后器件放置位置的有效点整体上比改进前器件放置位置的有效点增多。
如图2所示，为本实施例所加缓冲板平面俯视图。缓冲板分有N极与S极，所在极形状为条状，使所形成的紧密均匀的弱磁场。如图2所示，从上至下依次为S、N极依次排列，极间为靶原子传输孔道，被弱磁场减速后的发射靶原子经过此通道后再沉积到放置在掩膜板中的器件上。现专利拟定尺寸大小为10×10cm2，传输孔道长度为9cm、宽度为3cm，具体应用中，缓冲板包括靶原子传输孔道尺寸根据放置器件掩膜板及器件尺寸大小调整。
本发明的工作原理是通过使用网状磁场调控技术可调控离子接近基板时的速度和能量，降低其对表面的轰击强度，从而降低表面损伤。在加入调控网状磁场缓冲板的基础下，入射粒子在原有强磁场靶中经历复杂的散射过程，和靶原子碰撞，把部分动量传给靶原子，此靶原子又和其他靶原子碰撞，形成级联过程。在这种级联过程中某些表面附近的靶原子获得了向外运动的足够动量，离开靶后被溅射出来。被溅射出来的靶原子在缓冲板受到网状磁场的制约，再次和附近的入射粒子相互碰撞而减慢速度，并且形成了级联过程，级联碰撞的靶原子速度减慢，动能降低，从设计的尺寸合适的固定缓冲板中穿过，最终进入到ALD缓冲层沉积到器件上，形成了一层对器件前置层破坏力小、附着面积均匀的TCO透明电极。
进一步地，使用网状磁场调控技术能制备有成膜性好、结晶颗粒大的钙钛矿层。通过ALD原子沉积制备缓冲层，减少溅射损伤，利用网状磁场调控技术，将高温高离子转化为低温低离子，降低冲击力度，制备TCO透明电极，进而制备出高效的、稳定的半透明钙钛矿太阳电池器件。
结果如图4所示，改进后高效率所占比增加，低效率所占比减小，效率整体有提升趋势。
磁场变更与实际制备的衬底尺寸有关，根据衬底尺寸改变，可通过变更产生磁场的功率，磁场最强处分布等来改变溅射强度，从而保证在扩大面积的同时保证良品率，使得电池不被击穿，从而失效。改进前，通过溅射所得的半透明钙钛矿太阳电池，良品率低，电池多有被击穿短路。通过采用网状磁场调控方式，磁场可将高温高离子转化为低温低离子，降低了冲击力度，从而降低了电池被击穿的可能，因此提高良品率。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种低温无损半透明钙钛矿太阳电池的制备方法，其特征在于，包括TCO透明电极的制备：
通过在磁控溅射过程中，添加调控网状磁场的缓冲板，调控离子在钙钛矿层和电子传输层表面沉积时的轰击速度和能量，入射粒子经历复杂的散射后，和靶原子碰撞，把部分动量传给靶原子，此靶原子又和其他靶原子碰撞，形成级联过程；在这种级联过程中某些表面附近的靶原子获得向外运动的足够动量，离开靶后被溅射出来；被溅射出来的靶原子到缓冲板受到了网状磁场的制约，再次和附近的氧化物入射粒子相互碰撞减慢速度，并且形成了级联过程，级联碰撞的靶原子速度减慢，动能降低，从固定缓冲板中穿过，最终进入到ALD缓冲层沉积到器件上，形成TCO透明电极。
2.根据权利要求1所述的低温无损半透明钙钛矿太阳电池的制备方法，其特征在于，所述网状磁场的磁控溅射高度为5～8cm，磁场强度为30～90w，磁控溅射时间为35～90min。
3.根据权利要求2所述的低温无损半透明钙钛矿太阳电池的制备方法，其特征在于，所述网状磁场的磁控溅射高度为6cm，磁场强度为50W，磁控溅射时间为60min。
4.根据权利要求1所述的低温无损半透明钙钛矿太阳电池的制备方法，其特征在于，所述TCO透明电极材料为IZO。
5.根据权利要求1至4任一项所述的低温无损半透明钙钛矿太阳电池的制备方法，其特征在于，所述低温无损半透明钙钛矿太阳电池的制备方法，具体制备步骤如下：
(1)基片清洗：将透明导电玻璃经去离子水、乙醇、异丙醇超声清洗后进行烘干，再进行等离子体处理，得基片层；
(2)制备空穴传输层：步骤(1)中得到的基片层，在上面涂覆质量浓度为1～5mg/mL空穴传输层溶液，80～150度后处理制得空穴传输层；
(3)制备钙钛矿层：将步骤(2)中得到的带有空穴传输层的基片，涂覆钙钛矿前驱体溶液，并在最后5～15s进行反萃，80～150度后处理10～20分钟，制得钙钛矿层；
(4)制备电子传输层：将步骤(3)中得到的钙钛矿层的基片，涂覆质量浓度为10～30mg/mL的电子传输层溶液，制得电子传输层；
(5)制备ALD缓冲层：清洗步骤(4)中得到的带有电子传输层的基片，用ALD原子沉积制备ALD缓冲层；
(6)制备TCO透明电极：将步骤(5)ALD原子沉积处理后的器件放入网状磁场磁控溅射设备，通过溅射设备将TCO材料溅射到ALD缓冲层上，制备TCO透明电极；
(7)将步骤(6)得到的覆有TCO透明电极的基片进行表面蒸镀银后，即可制备半透明钙钛矿太阳电池。
6.根据权利要求5所述的低温无损半透明钙钛矿太阳电池的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中空穴传输层溶液质量浓度为1.5mg/mL，空穴传输层材料为PTAA、氧化镍、spiro、硫氰酸亚铜中的任意一种，后处理温度为120度。
7.根据权利要求5所述的低温无损半透明钙钛矿太阳电池的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中ALD缓冲层为TiO2或SnO2。
8.根据权利要求5所述的低温无损半透明钙钛矿太阳电池的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中的钙钛矿层为有机无机-杂化钙钛矿材料或全无机钙钛矿材料。
9.一种根据权利要求1至8任一项所述的制备方法制备的低温无损半透明钙钛矿太阳电池，其特征在于，包括基片层、空穴传输层、钙钛矿层、电子传输层、ALD缓冲层和TCO透明电极。
10.一种根据权利要求9所述的低温无损半透明钙钛矿太阳电池在光伏太阳电池的应用。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110344928.1A CN113122813A (zh) | 2021-03-31 | 2021-03-31 | 一种低温无损半透明钙钛矿太阳电池及其制备方法与应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110344928.1A CN113122813A (zh) | 2021-03-31 | 2021-03-31 | 一种低温无损半透明钙钛矿太阳电池及其制备方法与应用 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113122813A true CN113122813A (zh) | 2021-07-16 |
Family
ID=76774329
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110344928.1A Pending CN113122813A (zh) | 2021-03-31 | 2021-03-31 | 一种低温无损半透明钙钛矿太阳电池及其制备方法与应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113122813A (zh) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102719798A (zh) * | 2012-06-04 | 2012-10-10 | 深圳市华星光电技术有限公司 | 磁控溅射系统 |
| CN107742661A (zh) * | 2017-10-19 | 2018-02-27 | 辽宁科技大学 | 用物理气相沉积法制备无机锡基钙钛矿太阳能电池的方法 |
| JP2018190928A (ja) * | 2017-05-11 | 2018-11-29 | 国立研究開発法人物質・材料研究機構 | ペロブスカイト太陽電池およびその製造方法 |
| CN109494304A (zh) * | 2018-11-20 | 2019-03-19 | 东南大学 | 一种太阳能电池高透高导薄膜电极的制备方法 |
-
2021
- 2021-03-31 CN CN202110344928.1A patent/CN113122813A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102719798A (zh) * | 2012-06-04 | 2012-10-10 | 深圳市华星光电技术有限公司 | 磁控溅射系统 |
| JP2018190928A (ja) * | 2017-05-11 | 2018-11-29 | 国立研究開発法人物質・材料研究機構 | ペロブスカイト太陽電池およびその製造方法 |
| CN107742661A (zh) * | 2017-10-19 | 2018-02-27 | 辽宁科技大学 | 用物理气相沉积法制备无机锡基钙钛矿太阳能电池的方法 |
| CN109494304A (zh) * | 2018-11-20 | 2019-03-19 | 东南大学 | 一种太阳能电池高透高导薄膜电极的制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105810772B (zh) | 一种硫化锑/硅叠层太阳电池及其制备方法 | |
| CN111092160B (zh) | 一种钝化反型结构钙钛矿太阳能电池下界面的方法 | |
| CN101814553B (zh) | 光辅助方法制备铜铟镓硒薄膜太阳电池光吸收层 | |
| CN106784341A (zh) | 一种钙钛矿太阳能电池光活性层的微波退火处理方法 | |
| CN106340570B (zh) | 一种用于制作透明导电氧化物薄膜的镀膜设备及镀膜方法 | |
| CN100541824C (zh) | 一种机械叠层AlSb/CIS薄膜太阳电池 | |
| CN108447936B (zh) | 一种锑基双结叠层太阳电池的制备方法 | |
| CN109768165B (zh) | 一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法 | |
| CN111261745B (zh) | 一种钙钛矿电池及其制备方法 | |
| CN105552236A (zh) | 一种钙钛矿太阳电池及其制备方法 | |
| CN107919403B (zh) | 一种高效硒碲化镉合金纳米晶太阳电池及其制备方法 | |
| CN104218109A (zh) | 一种高效率钙钛矿薄膜太阳电池及其制备方法 | |
| CN102154622A (zh) | 用作太阳能电池光吸收层的铜铟镓硒薄膜的制备方法 | |
| CN107331775A (zh) | 一种高质量电子传输层的钙钛矿太阳电池及其制备方法 | |
| CN110112062A (zh) | IIIA族元素掺杂CdS的CZTS太阳电池制备方法 | |
| CN101419867B (zh) | 一种染料敏化太阳能电池的纳米复合电极的制备方法 | |
| CN112038439A (zh) | 一种CZTSSe柔性双面太阳电池及其制备方法 | |
| CN209963073U (zh) | 一种新型高效率双面入光CdTe钙钛矿叠层光伏电池 | |
| WO2013185506A1 (zh) | 一种铜铟镓硒薄膜太阳能电池的制备方法 | |
| CN102270699A (zh) | 无镉铜铟镓硒薄膜太阳能电池及其硫化锌缓冲层薄膜的制备方法 | |
| CN106340554B (zh) | 一种CIGS/CdTe双结叠层薄膜太阳能电池及其制备方法 | |
| CN114678472A (zh) | 一种FAPbI3钙钛矿薄膜及其高效的钙钛矿太阳能电池的方法 | |
| CN113745359A (zh) | 一种碲化镉梯度吸收层的制备方法及太阳电池 | |
| CN101872685B (zh) | 固态染料敏化纳米晶微晶硅复合薄膜太阳电池及其制备方法 | |
| CN101705473B (zh) | 一种用于硅薄膜电池陷光结构研究的物理气相沉积设备 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20220527 Address after: 510632 room 402, Nanhai building, Jinan University, No. 601, Huangpu Avenue West, Tianhe District, Guangzhou City, Guangdong Province Applicant after: Mai Yaohua Applicant after: Guangzhou Jinan University Science Park Management Co.,Ltd. Address before: 510632 No. 601, Whampoa Avenue, Tianhe District, Guangdong, Guangzhou Applicant before: Jinan University |
|
| TA01 | Transfer of patent application right | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210716 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |