CN117529192A - 一种钙钛矿太阳能电池中吸光层的制作装置及工艺 - Google Patents
一种钙钛矿太阳能电池中吸光层的制作装置及工艺 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117529192A CN117529192A CN202410004002.1A CN202410004002A CN117529192A CN 117529192 A CN117529192 A CN 117529192A CN 202410004002 A CN202410004002 A CN 202410004002A CN 117529192 A CN117529192 A CN 117529192A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- porous
- layer
- solar cell
- porous structure
- perovskite solar
- 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.)
- Granted
Links
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 title claims abstract description 42
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 32
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims abstract description 54
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 claims abstract description 49
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 20
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 47
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 35
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 15
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 12
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- XMBWDFGMSWQBCA-UHFFFAOYSA-N hydrogen iodide Chemical compound I XMBWDFGMSWQBCA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 229910000480 nickel oxide Inorganic materials 0.000 claims description 11
- GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N oxonickel Chemical compound [Ni]=O GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- -1 polypropylene Polymers 0.000 claims description 10
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 9
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 8
- YEJRWHAVMIAJKC-UHFFFAOYSA-N 4-Butyrolactone Chemical compound O=C1CCCO1 YEJRWHAVMIAJKC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- QRCPJIVRDACIKP-UHFFFAOYSA-N 5-aminopentanoic acid hydroiodide Chemical compound I.NCCCCC(=O)O QRCPJIVRDACIKP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 6
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 6
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 claims description 5
- 229920002313 fluoropolymer Polymers 0.000 claims description 5
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 claims description 5
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 4
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 claims description 3
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 claims description 3
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 claims description 2
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 2
- 238000005187 foaming Methods 0.000 claims description 2
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 claims description 2
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 claims description 2
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 claims description 2
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 claims description 2
- 229910001256 stainless steel alloy Inorganic materials 0.000 claims description 2
- LLWRXQXPJMPHLR-UHFFFAOYSA-N methylazanium;iodide Chemical compound [I-].[NH3+]C LLWRXQXPJMPHLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 abstract description 20
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 20
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 20
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 19
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 15
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 15
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 14
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 14
- YRKCREAYFQTBPV-UHFFFAOYSA-N acetylacetone Chemical compound CC(=O)CC(C)=O YRKCREAYFQTBPV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 description 10
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 10
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 10
- VXUYXOFXAQZZMF-UHFFFAOYSA-N titanium(IV) isopropoxide Chemical compound CC(C)O[Ti](OC(C)C)(OC(C)C)OC(C)C VXUYXOFXAQZZMF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 9
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 6
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 6
- JJMDCOVWQOJGCB-UHFFFAOYSA-N 5-aminopentanoic acid Chemical compound [NH3+]CCCCC([O-])=O JJMDCOVWQOJGCB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 241000282326 Felis catus Species 0.000 description 5
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 5
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000003599 detergent Substances 0.000 description 5
- 239000006210 lotion Substances 0.000 description 5
- 125000002496 methyl group Chemical group [H]C([H])([H])* 0.000 description 5
- 239000012046 mixed solvent Substances 0.000 description 5
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 5
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 5
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 5
- 238000004506 ultrasonic cleaning Methods 0.000 description 5
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 3
- 238000005429 filling process Methods 0.000 description 3
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 2
- 229920001131 Pulp (paper) Polymers 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 238000013084 building-integrated photovoltaic technology Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000001815 facial effect Effects 0.000 description 1
- 230000005525 hole transport Effects 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 239000004745 nonwoven fabric Substances 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 239000002798 polar solvent Substances 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000010345 tape casting Methods 0.000 description 1
- 238000009736 wetting Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- 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
- H10K71/10—Deposition of organic active material
-
- 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
- H10K30/30—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation comprising bulk heterojunctions, e.g. interpenetrating networks of donor and acceptor material domains
-
- 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
- H10K30/50—Photovoltaic [PV] devices
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
- H10K85/50—Organic perovskites; Hybrid organic-inorganic perovskites [HOIP], e.g. CH3NH3PbI3
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
本发明涉及钙钛矿太阳能电池领域，为解决现有技术下钙钛矿太阳能电池的钙钛矿吸光层填充不均匀的问题，提供一种钙钛矿太阳能电池中吸光层的制作装置及工艺，制作装置包括吸附槽、分布在吸附槽内用于吸附吸光层溶液的多孔材料和穿插于多孔材料中的支撑材料，多孔材料表面平整；使用时使电池的孔状结构层与吸附槽内用的多孔材料直接接触，通过毛细力，将多孔材料中吸附的吸光层溶液转移至电池孔状结构层内。该装置及使用该装置的工艺可以达到整面同时填充钙钛矿吸光层的效果，提高整面填充的均一性，且工艺简单，装置易于放大，利于产业化。
Description
技术领域
本发明涉及钙钛矿太阳能电池领域，尤其涉及一种钙钛矿太阳能电池中吸光层的制作装置及工艺。
背景技术
钙钛矿太阳能电池以其弱光效率高、光照角度依存小、柔性轻量化、可回收再利用以及低成本的特点，是应用于BIPV 和分布式发电的理想技术。钙钛矿太阳能电池主要由三部分组成：导电基底、孔状结构层以及钙钛矿吸光层。在钙钛矿太阳能电池中，由于钙钛矿吸光层材料本身稳定性欠佳，需要填充在孔状结构层中以获得更高的稳定性。这种结构的钙钛矿太阳能电池中，孔状结构层通常包含多孔氧化钛、多孔氧化锆、多孔氧化镍、多孔碳中的一种或几种。
通常，钙钛矿吸光层的填充质量是整个电池的关键，其晶体大小、缺陷数量直接影响其电子迁移率、电子寿命和光电转换性能。目前主流的填充式钙钛矿吸光层的制作工艺是滴加、刮涂或者狭缝涂布，例如，公开号为CN111048667A的发明专利利用对电极孔道结构的引流，在对电极上方滴涂或刮涂钙钛矿前驱液，使其浸入介孔膜层的孔道及介孔绝缘层与空穴传输层之间的间隙中。而公开号为CN108816641A的发明专利则使用了狭缝涂布。这两种主流方法中，手动滴加以点为单位填充，每个滴加点之间的区域均匀性较差；狭缝涂布虽然液膜铺展均匀性较高，但是以微分角度来看，是以线为单位填充：无法保证整面均匀性。虽然狭缝涂布可以提高涂布速度来迅速涂完一整面，但是鉴于填充钙钛矿的特性，如果要提高狭缝涂布的移动速度，又要保证有足够的渗透量，就需要加大供液量，供液量增加又会导致填充过量。
发明内容
本发明为了克服现有技术下钙钛矿太阳能电池的钙钛矿吸光层填充不均匀的问题，首先提供一种钙钛矿太阳能电池中吸光层的制作装置，该制作装置可整面地均匀填充钙钛矿吸光层，并且结构简易、易放大。本发明还提供了一种钙钛矿太阳能电池中吸光层的制作工艺，该工艺的整面填充的均一性好，可用于产业化生产。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种钙钛矿太阳能电池中吸光层的制作装置，包括吸附槽、分布在吸附槽内用于吸附吸光层溶液的多孔材料和穿插于多孔材料中的支撑材料；
多孔材料为聚酰亚胺、发泡聚乙烯醇、聚氨酯和植物纤维中的一种或几种复合；
吸附槽的材料为氟塑料、聚丙烯、金属或玻璃；
支撑材料为氟塑料、聚丙烯、金属或玻璃。
本发明的装置中，多孔材料设置在吸附槽内，多孔材料用于吸附钙钛矿吸光层；吸附槽内还固定有支撑材料，且支撑材料穿插于多孔材料中，用于固定多孔材料；使用时使电池的孔状结构层与吸附槽内用的多孔材料直接接触，通过毛细力，将多孔材料中吸附的吸光层溶液转移至电池孔状结构层内。吸附槽及支撑材料选用化学稳定性好的的材料，多孔材料选用耐极性溶剂的材料。
作为优选，所述多孔材料表面为平面。
作为优选，所述金属为不锈钢和钛合金。
作为优选，所述氟塑料为聚四氟乙烯。
一种钙钛矿太阳能电池中吸光层的制作工艺，包括如下步骤：
1）在导电基底上制作钙钛矿太阳能电池的孔状结构层，孔状结构层为多孔氧化钛层、多孔氧化锆层、多孔氧化镍层和多孔碳层中的一种或几种依次叠加；
2）向上述制作装置中的吸附槽内注入钙钛矿吸光层溶液；
3）将吸附槽倒扣放置在孔状结构层上方使多孔材料与孔状结构层接触，或将孔状结构层倒扣放置于吸附槽中的多孔材料表面；
4）静置后，分离吸附槽与孔状结构层，对孔状结构层中的钙钛矿吸光层溶液进行退火处理。
本发明向吸附槽中的多孔材料中注入钙钛矿吸光层；待充分浸润后，制作完孔状结构层的钙钛矿太阳能电池倒扣在多孔材料表面或布满多孔材料的吸附槽倒扣在制作完孔状结构层的钙钛矿太阳能电池表面，利用制作装置或钙钛矿太阳能电池自身重力使两者贴合，通过毛细力，将多孔材料中吸附的吸光层溶液转移至电池孔状结构层内，由于在转移过程中整面同时接触注入了钙钛矿吸光层的多孔材料，整面填充的均一性得以提高。孔状结构层中的多孔氧化钛可以提高电子提取；多孔氧化锆可以防止正负极短路；多孔氧化镍可以提高空穴提取；多孔碳可以进一步提高空穴提取的同时，其导电的特性也可以作为电池电极。利用这种装置及其工艺，对比常用的方式，本装置及工艺更简便、易于放大、提高整面填充的均一性，参数稳定可控，适用于制备不同种类及不同尺寸的钙钛矿吸光层。
作为优选，所述3）为将吸附槽倒扣放置在孔状结构层上方并向吸附槽施加向下压力使多孔材料与孔状结构层接触，或将孔状结构层倒扣放置于吸附槽中的多孔材料表面并向孔状结构层施加向下压力。
除制作装置或钙钛矿太阳能电池自身重力以外，可以增加额外的压力，使得两者接触更紧密。
作为优选，所述1）孔状结构层为多孔氧化钛层、多孔氧化锆层以及多孔氧化镍层依次叠加的得到。
由于传统制作工艺中，为了便于钙钛矿吸光层的填充，不得不使用多孔碳作为电池电极，本装置内的多孔材料可以代替其利于填充作用的多孔碳，从而可以引入额外的电极来提高电池性能。
作为优选，所述4）中退火温度为40-100°C，退火时间为0.1-2h。
作为优选，所述4）中静置时间为10-30min。
静置时间根据孔状结构层材料种类、孔隙率、吸光层粘度、表面张力及接触压力来调整。
作为优选，所述1）中在导电基底上制作钙钛矿太阳能电池的孔状结构层，先使用清洗液清洗、紫外臭氧清洗和等离子清洗中一种或几种方式清洗导电基底。
通过清洗液清洗和等离子表面处理，可以有效除去表面污渍，包括有机物、油污和指纹等难清洗污物。
因此，本发明具有如下有益效果：可以达到整面同时填充钙钛矿吸光层的效果，提高整面填充的均一性，且工艺简单，装置易于放大，利于产业化。
附图说明
图1是实施例1的俯视图。
图2是实施例1的截面图。
图3是实施例3的步骤6）中填充时制备装置与孔状结构层的位置示意图。
图4是实施例4的步骤6）中填充时制备装置与孔状结构层的位置示意图。
其中，1-吸附槽、2-多孔材料、3-支撑材料，4-孔状结构层。
具体实施方式
下面结合具体实施方法和附图对本发明做进一步的描述。
实施例1
一种钙钛矿太阳能电池中钙钛矿吸光层制作装置，其结构如图1和图2所示，为正方形的吸附槽1、布满在吸附槽内的多孔材料2和穿插于多孔材料2中的支撑材料3，吸附槽1的材料为聚四氟乙烯，其底部面积为25mm×25mm；多孔材料2为聚酰亚胺，其在吸附槽1高度为1mm；支撑材料3为聚四氟乙烯，为长条相互垂直交错形成的网格状，支撑材料3设置于多孔材料2中。
实施例2
一种钙钛矿太阳能电池中钙钛矿吸光层制作装置，其结构为正方形的吸附槽1、布满在吸附槽内的多孔材料2和穿插于多孔材料2中的支撑材料3，吸附槽1的材料为聚四氟乙烯，其底部面积为130mm×130mm；多孔材料2为面巾纸（维达，100%原生木浆），其在吸附槽1高度为0.3mm；支撑材料3为聚四氟乙烯，为长条相互垂直交错形成的网格状，支撑材料3设置于多孔材料2中。
实施例3
钙钛矿太阳能电池，由如下步骤制备得到：
1）基底清洗，选取尺寸15mm×25mm 的FTO作为基底，分别用丙酮、盐酸水溶液（5%wt）、市售白猫洗洁精水溶液（5%wt）、去离子水、丙酮并依次对FTO进行超声清洗，各洗剂的超声时间为15min；再用等离子进行表面处理；
2）基底处理，将钛酸四异丙酯（0.3mol/L）、乙酰丙酮（0.45 mol/L）、盐酸（0.09mol/L）、水（1.8 mol/L）加入乙醇中混合得到前驱体溶液，吸取前驱体溶液，滴加于清洗干净的FTO基板上，使溶液铺满整个FTO表面，采用旋涂法成膜，旋涂速度3000rpm，时间20s，在马弗炉中510℃烧结30min；
3）孔状结构层制作，在处理后的基底上依次丝网印刷多孔氧化钛层、多孔氧化锆层、多孔氧化镍层，在马弗炉中510℃烧结30min；
4）在上述孔状结构层上丝网印刷多孔碳，在马弗炉中430℃烧结30min；
5）钙钛矿吸光层溶液的配置，称量15.3mg的5-氨基戊酸氢碘酸盐（5-AVAI）、576mg的碘化铅（PbI2）、195mg的甲基碘化胺（CH3NH3I）溶解于1mL（γ-丁内酯（GBL）和乙醇4:1）的混合溶剂中，室温下搅拌1小时，形成钙钛矿吸光层溶液；
6）钙钛矿吸光层的制作，使用实施例1所述制备装置制作钙钛矿吸光层，将1mL钙钛矿吸光层溶液吸附于吸附槽内的多孔材料中，并使其充分浸润，将制作完孔状结构层的基底放入吸附槽内，如图3所示，使孔状结构层直接接触多孔材料，静置20min，等待孔状结构层吸附了足够量的钙钛矿吸光层后，从布满多孔材料的吸附槽内取出，随后50℃退火2h。
实施例4
钙钛矿太阳能电池，由如下步骤制备得到：
1）基底清洗，选取尺寸15mm×25mm 的FTO作为基底，分别用丙酮、盐酸水溶液（5%wt）、市售白猫洗洁精水溶液（5%wt）、去离子水、丙酮并依次对FTO进行超声清洗，各洗剂的超声时间为15min；再用等离子进行表面处理；
2）基底处理，将钛酸四异丙酯（0.3mol/L）、乙酰丙酮（0.45 mol/L）、盐酸（0.09mol/L）、水（1.8 mol/L）加入乙醇中混合得到前驱体溶液，吸取前驱体溶液，滴加于清洗干净的FTO基板上，使溶液铺满整个FTO表面，采用旋涂法成膜，旋涂速度3000rpm，时间20s，在马弗炉中510℃烧结30min；
3）孔状结构层制作，在处理后的基底上依次丝网印刷多孔氧化钛层、多孔氧化锆层、多孔氧化镍层，在马弗炉中510℃烧结30min；
4）钙钛矿吸光层溶液的配置，称量15.3mg的5-氨基戊酸氢碘酸盐（5-AVAI）、576mg的碘化铅（PbI2）、195mg的甲基碘化胺（CH3NH3I）溶解于1mL（γ-丁内酯（GBL）和乙醇4:1）的混合溶剂中，室温下搅拌1小时，形成钙钛矿吸光层溶液；
5）钙钛矿吸光层的制作，使用实施例1所述制备装置制作钙钛矿吸光层，将1mL钙钛矿吸光层溶液吸附于吸附槽内的多孔材料中，并使其充分浸润，将制作完孔状结构层的基底放入吸附槽内，使孔状结构层直接接触多孔材料，静置20min，等待孔状结构层吸附了足够量的钙钛矿吸光层后，从布满多孔材料的吸附槽内取出，在孔状结构层表面贴附导电银胶带作为电极，随后50℃退火2h。
实施例5
大面积钙钛矿太阳能电池（125mm×125mm），由如下步骤制备得到：
1）基底清洗，选取尺寸125mm×125mm 的FTO作为基底，分别用丙酮、盐酸水溶液（5%wt）、市售白猫洗洁精水溶液（5%wt）、去离子水、丙酮并依次对FTO进行超声清洗，各洗剂的超声时间为15min；再用等离子进行表面处理；
2）基底处理，将钛酸四异丙酯（0.3mol/L）、乙酰丙酮（0.45 mol/L）、盐酸（0.09mol/L）、水（1.8 mol/L）加入乙醇中混合得到前驱体溶液，吸取前驱体溶液，滴加于清洗干净的FTO基板上，使溶液铺满整个FTO表面，采用旋涂法成膜，旋涂速度3000rpm，时间20s，在马弗炉中510℃烧结30min；
3）孔状结构层制作，在处理后的基底上依次丝网印刷多孔氧化钛层、多孔氧化锆层、多孔氧化镍层，在马弗炉中510℃烧结30min；
4）在上述孔状结构层上丝网印刷多孔碳，在马弗炉中430℃烧结30min；
5）钙钛矿吸光层溶液的配置，称量15.3mg的5-氨基戊酸氢碘酸盐（5-AVAI）、576mg的碘化铅（PbI2）、195mg的甲基碘化胺（CH3NH3I）溶解于1mL（γ-丁内酯（GBL）和乙醇4:1）的混合溶剂中，室温下搅拌1小时，形成钙钛矿吸光层溶液；
6）钙钛矿吸光层的制作，使用实施例2所述制备装置制作钙钛矿吸光层，将5mL钙钛矿吸光层溶液吸附于吸附槽内的多孔材料中，并使其充分浸润，将吸附槽倒扣至制作完孔状结构层的基底上方，如图4所示，使孔状结构层直接接触多孔材料，静置20min，等待孔状结构层吸附了足够量的钙钛矿吸光层后，从布满多孔材料的吸附槽内取出，随后50℃退火2h。
对比例1
钙钛矿太阳能电池，由如下步骤制备得到：
1）基底清洗，选取尺寸15mm×25mm 的FTO作为基底，分别用丙酮、盐酸水溶液（5%wt）、市售白猫洗洁精水溶液（5%wt）、去离子水、丙酮并依次对FTO进行超声清洗，各洗剂的超声时间为15min；再用等离子进行表面处理；
2）基底处理，将钛酸四异丙酯（0.3mol/L）、乙酰丙酮（0.45 mol/L）、盐酸（0.09mol/L）、水（1.8 mol/L）加入乙醇中混合得到前驱体溶液，吸取前驱体溶液，滴加于清洗干净的FTO基板上，使溶液铺满整个FTO表面，采用旋涂法成膜，旋涂速度3000rpm，时间20s，在马弗炉中510℃烧结30min；
3）孔状结构层制作，在处理后的基底上依次丝网印刷多孔氧化钛层、多孔氧化锆层、多孔氧化镍层，在马弗炉中510℃烧结30min；
4）在上述孔状结构层上丝网印刷多孔碳，在马弗炉中430℃烧结30min；
5）钙钛矿吸光层溶液的配置，称量15.3mg的5-氨基戊酸氢碘酸盐（5-AVAI）、576mg的碘化铅（PbI2）、195mg的甲基碘化胺（CH3NH3I）溶解于1mL（γ-丁内酯（GBL）和乙醇4:1）的混合溶剂中，室温下搅拌1小时，形成钙钛矿吸光层溶液；
6）使用常规移液枪在孔状结构层上滴加、填充钙钛矿吸光层溶液，静置5min，随后50℃退火2h。
对比例2
大面积钙钛矿太阳能电池（125mm×125mm），由如下步骤制备得到：
1）基底清洗，选取尺寸125mm×125mm 的FTO作为基底，分别用丙酮、盐酸水溶液（5%wt）、市售白猫洗洁精水溶液（5%wt）、去离子水、丙酮并依次对FTO进行超声清洗，各洗剂的超声时间为15min；再用等离子进行表面处理；
2）基底处理，将钛酸四异丙酯（0.3mol/L）、乙酰丙酮（0.45 mol/L）、盐酸（0.09mol/L）、水（1.8 mol/L）加入乙醇中混合得到前驱体溶液，吸取前驱体溶液，滴加于清洗干净的FTO基板上，使溶液铺满整个FTO表面，采用旋涂法成膜，旋涂速度3000rpm，时间20s，在马弗炉中510℃烧结30min；
3）孔状结构层制作，在处理后的基底上依次丝网印刷多孔氧化钛层、多孔氧化锆层、多孔氧化镍层，在马弗炉中510℃烧结30min；
4）在上述孔状结构层上丝网印刷多孔碳，在马弗炉中430℃烧结30min；
5）钙钛矿吸光层溶液的配置，称量15.3mg的5-氨基戊酸氢碘酸盐（5-AVAI）、576mg的碘化铅（PbI2）、195mg的甲基碘化胺（CH3NH3I）溶解于1mL（γ-丁内酯（GBL）和乙醇4:1）的混合溶剂中，室温下搅拌1小时，形成钙钛矿吸光层溶液；
6）使用带储液器、无纺布涂布末梢的聚丙烯涂布头进行钙钛矿湿膜制作，将10mL钙钛矿前驱体溶液加入储液器中，溶液由于重力作用，充分润湿涂布末梢；将涂布末梢直接接触孔状结构层，此时前驱体溶液在孔状结构层的毛细力作用下，向下填充，设定涂布头移动速度3mm/s，使其边移动，边向下填充，涂布完成后，静置5min，随后50℃退火2h。
检测实施例3-5及对比例1-2所得钙钛矿太阳能电池性能，结果如表1所示。
表1
由上表可知，与常规填充工艺相比，使用本发明所述制作装置和钙钛矿吸光层填充工艺制得的钙钛矿太阳能电池性能更佳，这表明本发明可提升钙钛矿吸光层填充的均一性。
由于本发明改进了填充工艺，使得多孔碳不是必需的，因此可引入额外的电极，进而提升钙钛矿太阳能电池的性能，如实施例4中使用导电银胶替换多孔碳层，其光电转换效率、电流密度及填充因子均显著优于实施例3。
而对比例2采用移动涂布，与实施例5相比，光电转换效率下降，这表明本发明的填充方法对电池性能的提升效果优于移动涂布填充。
Claims (10)
1.一种钙钛矿太阳能电池中吸光层的制作装置，其特征是，包括吸附槽（1）、分布在吸附槽内用于吸附吸光层溶液的多孔材料（2）和穿插于多孔材料中的支撑材料（3）；
多孔材料为聚酰亚胺、发泡聚乙烯醇、聚氨酯和植物纤维中的一种或几种复合；
吸附槽的材料为氟塑料、聚丙烯、金属或玻璃；
支撑材料为氟塑料、聚丙烯、金属或玻璃。
2.根据权利要求1所述的一种钙钛矿太阳能电池中吸光层的制作装置，其特征是，所述多孔材料表面为平面。
3.根据权利要求1所述的一种钙钛矿太阳能电池中吸光层的制作装置，其特征是，所述金属为不锈钢和钛合金。
4.一种钙钛矿太阳能电池中吸光层的制作工艺，其特征是，包括如下步骤：
1）在导电基底上制作钙钛矿太阳能电池的孔状结构层，孔状结构层为多孔氧化钛层、多孔氧化锆层、多孔氧化镍层和多孔碳层中的一种或几种依次叠加；
2）向如权利要求1-3任意一项所述的制作装置中的吸附槽内注入钙钛矿吸光层溶液；
3）将吸附槽倒扣放置在孔状结构层上方使多孔材料与孔状结构层接触，或将孔状结构层倒扣放置于吸附槽中的多孔材料表面；
4）静置后，分离吸附槽与孔状结构层，对孔状结构层中的钙钛矿吸光层溶液进行退火处理。
5.根据权利要求4所述的一种钙钛矿太阳能电池中吸光层的制作工艺，其特征是，所述3）为将吸附槽倒扣放置在孔状结构层上方并向吸附槽施加向下压力使多孔材料与孔状结构层接触，或将孔状结构层倒扣放置于吸附槽中的多孔材料表面并向孔状结构层施加向下压力。
6.根据权利要求4所述的一种钙钛矿太阳能电池中吸光层的制作工艺，其特征是，所述1）孔状结构层为多孔氧化钛层、多孔氧化锆以及多孔氧化镍层依次叠加的得到。
7.根据权利要求4所述的一种钙钛矿太阳能电池中吸光层的制作工艺，其特征是，所述4）中退火温度为40-100°C，退火时间为0.1-2h。
8.根据权利要求4或6所述的一种钙钛矿太阳能电池中吸光层的制作工艺，其特征是，所述4）中静置时间为10-30min。
9.根据权利要求4或5所述的一种钙钛矿太阳能电池中吸光层的制作工艺，其特征是，所述1）中在导电基底上制作钙钛矿太阳能电池的孔状结构层，先使用清洗液清洗、紫外臭氧清洗和等离子清洗中一种或几种方式清洗导电基底。
10.根据权利要求4或7所述的一种钙钛矿太阳能电池中吸光层的制作工艺，其特征是，所述2）中钙钛矿吸光层溶液由将碘化铅、甲胺氢碘酸盐和5-氨基戊酸氢碘酸盐加入γ-丁内酯和乙醇的混合溶液中搅拌而得。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410004002.1A CN117529192B (zh) | 2024-01-03 | 2024-01-03 | 一种钙钛矿太阳能电池中吸光层的制作装置及工艺 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410004002.1A CN117529192B (zh) | 2024-01-03 | 2024-01-03 | 一种钙钛矿太阳能电池中吸光层的制作装置及工艺 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117529192A true CN117529192A (zh) | 2024-02-06 |
| CN117529192B CN117529192B (zh) | 2024-04-16 |
Family
ID=89766726
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202410004002.1A Active CN117529192B (zh) | 2024-01-03 | 2024-01-03 | 一种钙钛矿太阳能电池中吸光层的制作装置及工艺 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117529192B (zh) |
Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103681886A (zh) * | 2013-12-26 | 2014-03-26 | 中国科学院物理研究所 | 用于钙钛矿基薄膜太阳电池的支架层及其制备方法 |
| JP2016143708A (ja) * | 2015-01-30 | 2016-08-08 | 株式会社リコー | ペロブスカイト型太陽電池モジュール |
| CN107706308A (zh) * | 2017-08-31 | 2018-02-16 | 四川省新材料研究中心 | 一种钙钛矿太阳能电池及制备方法 |
| CN108855775A (zh) * | 2018-06-30 | 2018-11-23 | 浙江浙能技术研究院有限公司 | 一种钙钛矿太阳能电池中钙钛矿吸光层的涂布工艺及装置 |
| CN109638159A (zh) * | 2018-11-06 | 2019-04-16 | 深圳华中科技大学研究院 | 可循环利用的钙钛矿太阳能电池及其制备与循环利用方法 |
| CN110212094A (zh) * | 2019-05-10 | 2019-09-06 | 深圳大学 | 一种新型钙钛矿材料的柔性光电器件的制备方法 |
| CN212702708U (zh) * | 2020-07-15 | 2021-03-16 | 江苏集萃分子工程研究院有限公司 | 一种钙钛矿薄膜的涂布装置 |
| WO2021077006A1 (en) * | 2019-10-18 | 2021-04-22 | The University Of North Carolina At Chapel Hill | Membrane-perovskite films, devices, and methods of preparation |
| KR20220102875A (ko) * | 2021-01-14 | 2022-07-21 | 고려대학교 산학협력단 | 하이브리드 복사 냉각 직물 |
| CN114778579A (zh) * | 2022-03-23 | 2022-07-22 | 杭州钛光科技有限公司 | 一种像素化钙钛矿纳米晶闪烁转换屏、制备方法及应用 |
| CN115377299A (zh) * | 2022-09-01 | 2022-11-22 | 江苏知微光电科技有限公司 | 一种丝网印刷制备大规模钙钛矿阵列的方法 |
-
2024
- 2024-01-03 CN CN202410004002.1A patent/CN117529192B/zh active Active
Patent Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103681886A (zh) * | 2013-12-26 | 2014-03-26 | 中国科学院物理研究所 | 用于钙钛矿基薄膜太阳电池的支架层及其制备方法 |
| JP2016143708A (ja) * | 2015-01-30 | 2016-08-08 | 株式会社リコー | ペロブスカイト型太陽電池モジュール |
| CN107706308A (zh) * | 2017-08-31 | 2018-02-16 | 四川省新材料研究中心 | 一种钙钛矿太阳能电池及制备方法 |
| CN108855775A (zh) * | 2018-06-30 | 2018-11-23 | 浙江浙能技术研究院有限公司 | 一种钙钛矿太阳能电池中钙钛矿吸光层的涂布工艺及装置 |
| CN109638159A (zh) * | 2018-11-06 | 2019-04-16 | 深圳华中科技大学研究院 | 可循环利用的钙钛矿太阳能电池及其制备与循环利用方法 |
| CN110212094A (zh) * | 2019-05-10 | 2019-09-06 | 深圳大学 | 一种新型钙钛矿材料的柔性光电器件的制备方法 |
| WO2021077006A1 (en) * | 2019-10-18 | 2021-04-22 | The University Of North Carolina At Chapel Hill | Membrane-perovskite films, devices, and methods of preparation |
| CN212702708U (zh) * | 2020-07-15 | 2021-03-16 | 江苏集萃分子工程研究院有限公司 | 一种钙钛矿薄膜的涂布装置 |
| KR20220102875A (ko) * | 2021-01-14 | 2022-07-21 | 고려대학교 산학협력단 | 하이브리드 복사 냉각 직물 |
| CN114778579A (zh) * | 2022-03-23 | 2022-07-22 | 杭州钛光科技有限公司 | 一种像素化钙钛矿纳米晶闪烁转换屏、制备方法及应用 |
| CN115377299A (zh) * | 2022-09-01 | 2022-11-22 | 江苏知微光电科技有限公司 | 一种丝网印刷制备大规模钙钛矿阵列的方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 金胜利等: "钙钛矿太阳能电池稳定性研究进展及模组产业化趋势", 《材料导报》, vol. 37, no. 5, 10 March 2023 (2023-03-10), pages 1 - 13 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN117529192B (zh) | 2024-04-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Park et al. | Electrospun activated carbon nanofibers with hollow core/highly mesoporous shell structure as counter electrodes for dye-sensitized solar cells | |
| JP2007134328A (ja) | 太陽電池及びその製造方法 | |
| Dewalque et al. | TiO 2 multilayer thick films (up to 4 µm) with ordered mesoporosity: influence of template on the film mesostructure and use as high efficiency photoelectrode in DSSCs | |
| CN104637694A (zh) | 多孔石墨烯支撑聚苯胺异质结构基微型超级电容器纳米器件及其制备方法 | |
| CN111004403A (zh) | 在氧化硅表面原位生长大面积Cu-BHT导电薄膜MOFs的方法 | |
| CN111082147B (zh) | 基于大面积厚膜可控织构光子晶体锂硫电池的制备方法 | |
| TW201251094A (en) | Electrode of dye-sensitized solar cells manufacturing equipment | |
| KR101381705B1 (ko) | 전기 방사 및 분무 공정에 의해 제조된 하이브리드 나노 섬유 매트릭스를 고분자 전해질에 포함하는 염료감응형 태양전지 및 이의 제조방법 | |
| CN117529192B (zh) | 一种钙钛矿太阳能电池中吸光层的制作装置及工艺 | |
| CN108855775A (zh) | 一种钙钛矿太阳能电池中钙钛矿吸光层的涂布工艺及装置 | |
| TW201101556A (en) | Method and device for dye adsorption for photosensitizing dye, process and apparatus for producing dye-sensitized solar cell, and dye-sensitized solar cell | |
| CN104681284A (zh) | 一种纸张型钙钛矿太阳能电池复合光阳极及其制备方法 | |
| CN110556479A (zh) | 一种二氧化锡基介孔钙钛矿太阳能电池及其制备方法 | |
| CN110277248A (zh) | 一种氧化锌-多孔硅复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN108550865A (zh) | 制备多孔阳极支撑体及固体氧化燃料电池阳极的方法 | |
| CN110176542B (zh) | 钙钛矿电池用有机-无机复合空穴传输薄膜及其制备方法 | |
| CN112234215B (zh) | 一种改性碳布的制备方法及其应用 | |
| KR101406969B1 (ko) | 고체 전해질 염료감응형 태양전지의 제조 방법 및 이에 이용되는 전해질 충진 장치 | |
| CN102088098A (zh) | 一种燃料电池的膜电极支撑层的制备方法 | |
| CN108580174A (zh) | 一种钙钛矿太阳能电池中钙钛矿吸光层的涂布工艺及装置 | |
| CN104752704B (zh) | 一种利用离子液体电沉积制备多孔锗的方法 | |
| CN108677209B (zh) | 一种用于固体聚合物水电解器的有序膜电极及其制备方法 | |
| CN112164814B (zh) | 固体氧化物燃料电池复合电解质层制备方法及固体氧化物燃料电池 | |
| CN110581223A (zh) | 太阳能电池的生产方法 | |
| JP2013196852A (ja) | 光電極の製造方法、光電極及び色素増感太陽電池 |
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 | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |