界面处理制备高性能钙钛矿薄膜的方法
【专利摘要】本发明属于光电薄膜技术领域，具体公开一种界面处理制备高性能钙钛矿薄膜的方法。（1）在衬底上制备空穴收集层；（2）界面处理：将PEI或EA溶于2?甲氧基乙醇中配制成质量分数为0.4~1.2%的溶液，旋涂于空穴收集层上，<150℃烘干；（3）在经过界面处理的空穴收集层上制备钙钛矿薄膜。本发明中，界面处理溶液通过旋涂法进行，此方法简单易行，避免了复杂的工艺流程；溶液旋涂后期处理在低温（<150℃）下进行，为柔性器件的制备提供了基础；本发明界面处理方法，使得钙钛矿薄膜成膜性大大提高，薄膜覆盖率得到了极大改善，从而大大提高太阳能电池的各项性能。综上所述，本发明技术可用于高性能钙钛矿薄膜的制造及光伏器件的制备。
【专利说明】
界面处理制备高性能钙钛矿薄膜的方法
技术领域
[0001]本发明属于光电薄膜技术领域，具体涉及一种界面处理制备高性能钙钛矿薄膜的方法。
【背景技术】
[0002]在光伏器件制备过程中，层与层之间的接触对器件性能有着较大影响，层与层之间容易形成缺陷，使得电子和空穴在缺陷处复合，大大降低了器件的性能。另外，界面的接触好坏，影响整个器件的阻抗，阻抗值的大小对器件性能也有着重要的影响。界面处理由于其简单的制备工艺，在光伏器件的制备中应用十分广泛。
[0003]不同的界面处理剂有不同的作用，光伏器件界面处理一般具有以下作用:(I)修饰电极表面，使电极表面平正有序，有利于活性层的制备；(2)隔开电极与功能层，使激子远离电极，防止在电极处的淬灭；(3)阻挡载流子向光电流收集方向的反方向移动；(4)影像电极功函数，使电极与功能层之间形成欧姆接触；(5)防止水氧的腐蚀，提高器件的寿命和稳定性；(6)作为光学间隔层，可以起到调节光场，使功能层更好地吸收太阳光的作用。很显然，为了提高有机太阳能电池的光电转化效率，需要深入研究界面过程，这也是有机太阳能电池目前研究的重点之一。对有机太阳能电池界面过程的研究，不仅有利于丰富光电器件产生光电流的过程的理论体系，而且还可以指导我们制备出光电性能更好的有机太阳能电池，为有机太阳能电池产业化打下基础。同时界面处理对整个光伏器件也有着重要的作用，为制备优良的光伏器件提供了一条捷径。
【发明内容】
[0004]针对光伏器件制备过程中，界面之间存在的缺陷以及薄膜成膜性好坏问题，本发明的目的在于提出一种界面处理制备高性能钙钛矿薄膜的方法。
[0005]为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下:
界面处理制备高性能钙钛矿薄膜的方法，步骤如下:
(1)在衬底上制备空穴收集层；
(2)界面处理:将PEI(聚乙烯亚胺)或EA(乙胺醇)溶于2-甲氧基乙醇中配制成质量分数为0.4?1.2%的溶液，旋涂于空穴收集层上，<150°C烘干；
(3)在经过界面处理的空穴收集层上制备钙钛矿薄膜。
[0006]较好地，步骤(2)中，旋涂时，以3000?5000转/秒的旋转速度旋涂20?40s。
[0007]较好地，所述空穴收集层为氧化钒空穴收集层，所述钙钛矿薄膜为CH3NH3PbI3-xClxI丐钛矿薄膜，X=O?3。
[0008]较好地，步骤(I)中，衬底在使用前按下述过程进行预处理:将衬底依次用水、丙酮、乙醇、水超声清洗，将洗好的衬底用氮气吹干，烘干，然后进行臭氧等离子体处理。
[0009]较好地，所述衬底为FTO导电玻璃。
[0010]本发明的有益效果:界面处理溶液通过旋涂法进行，此方法简单易行，避免了复杂的工艺流程;溶液旋涂后期处理在低温(<150°C)下进行，为柔性器件的制备提供了基础;本发明界面处理方法，使得钙钛矿薄膜成膜性大大提高，薄膜覆盖率得到了极大改善，从而大大提高太阳能电池的各项性能。综上所述，本发明技术可用于高性能钙钛矿薄膜的制造及光伏器件的制备。
【附图说明】
[0011]图1是界面处理前后静态接触角的对比结果:左图With PEI modified代表经过界面处理(即界面处理后)，右图Without PEI modified代表没有经过界面处理(S卩界面处理前)。
[0012]图2是界面处理前后钙钛矿薄膜表面覆盖率的扫描电镜图(放大倍数同为20000倍):左图With PEI modified代表经过界面处理(即界面处理后)，右图Without PEImodified代表没有经过界面处理(即界面处理前)。
[0013]图3是界面处理前后钙钛矿薄膜的XRD图谱:FT0/s-V0x/PEI/PeroVskite代表经过界面处理(即界面处理后)，FT0/s-V0x/Perovskite代表没有经过界面处理(S卩界面处理前)。
[0014]图4是不同PEI浓度下制备钙钛矿太阳能电池的J-V曲线。
[0015]图5是界面处理前后钙钛矿太阳能电池稳定性的对比结果:WithPEI代表经过界面处理(即界面处理后),Without PEI代表没有经过界面处理(即界面处理前)。
【具体实施方式】
[0016]在下面具体实施例的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
[0017]实施例1
步骤S1-界面处理后制备钙钛矿薄膜，其步骤如下:
(1)--制备空穴收集层(氧化钒S-VOx):将FTO导电玻璃依次用去离子水、丙酮、无水乙醇、去离子水各超声清理1min;将清洗好的FTO导电玻璃在氮气流下吹干，100°C退火lOmin，然后进行臭氧处理30min，以备用；将乙酰丙酮氧钒溶于异丙醇中，配制浓度为
1.5mg/mL的溶液，将配制好的溶液以旋涂速度3000转/秒(30秒)甩膜;将旋涂后的FTO导电玻璃在空气下150°C退火lOmin，即在FTO导电玻璃上制得空穴收集层；
(2)—界面处理:将一定量的PEI溶于2-甲氧基乙醇中，配置质量分数为0.4?1.2%的溶液，在手套箱中以5000转/秒(40秒)转速旋涂于步骤(I)退火后的FTO导电玻璃上，再在100°C 干燥 I Omin;
(3)—制备钙钛矿薄膜(CH3NH3PbI3-xClx):经过步骤(2)界面处理后的FTO导电玻璃置于手套箱中；将PbCl2和CH3NH3I以摩尔比1:3溶于到DMF溶液中，在70°C条件下搅拌24h，获得钙钛矿前驱体溶液;将配制好的钙钛矿前驱体溶液以旋涂速度3000转/秒(30秒)旋涂在步骤
(2)界面处理后的FTO导电玻璃上;在100°C条件下在手套箱里退火2小时。
[0018]同时，作为对比，将FTO导电玻璃省略步骤(2)界面处理，仅经上述步骤(1)、(3)处理，即界面处理前制备钙钛矿薄膜。
[0019]滴水，分别测试界面处理前后钙钛矿薄膜的静态接触角，对比结果见图1，可知:经过界面处理后，S-VOx界面浸润性得到了大大提高，这为钙钛矿前驱体旋涂形成均匀薄膜提供了便利条件。
[0020]图2是界面处理前后形成的钙钛矿薄膜表面覆盖率的扫描电镜图，从图中可以看出:界面处理前后的钙钛矿薄膜表面覆盖率从30%提高到80%以上。
[0021]图3是界面处理前后形成的钙钛矿薄膜的XRD，从XRD图谱中可以看到:经过界面处理后，钙钛矿峰更强，说明经过处理后得钙钛矿晶体趋向性更好。
[0022]将界面处理前后钙钛矿薄膜在常温常压下空气中放置9天，每隔3天拍摄照片，对比结果如图4，可知:界面处理前的钙钛矿薄膜稳定性大大降低，钙钛矿层分解快;经过界面处理后的钙钛矿薄膜稳定好，钙钛矿层分解速度慢。
[0023]通过以上测试结果可知:经过界面处理后，钙钛矿薄膜的性能得到了极大的提高。
[0024]为进一步验证界面处理后的技术效果，在步骤SI基础上，特将界面处理后制备的I丐钛矿薄膜进一步制成太阳能电池，具体过程如下:
步骤S2--采取旋涂工艺制备电池的电子传输层:在手套箱气氛保护下，将一定量的PCBM溶于异丙醇中，常温下搅拌30min，配制质量浓度为20mg/mL的溶液，以旋涂速度为2000转/秒，旋涂时间为30秒。
[0025]步骤S3—采用真空蒸镀制备复合电极LiF/Al:具体参数为初始气压3X 10—8 Torr,LiF蒸镀速度为0.1埃/秒，厚度为0.5nm; Al蒸镀速度为0.5埃/秒，蒸镀厚度为10nm0
[0026]通过步骤S1-S3，制备出完整的钙钛矿太阳能电池。在标准测试条件100mW/cm2光强(AM1.5G光照)下，对电池的光电性能进行了测试，J-V曲线如图5，可知:经过界面处理前，电池的光电转换效率为9.06%，短路电流为密度为17.06 mA/cm2，开路电压为0.93V，填充因子为0.567;而经过界面处理后的太阳能电池，光电转换效率为12.04%，短路电流为密度为18.10 mA/cm2，开路电压为0.99V，填充因子为0.638 ;界面处理前后，转换效率提高了32.9%o
[0027]实施例2
将实施例1步骤Sl(2)中PEI换为乙胺醇(EA)，其它步骤不变，同样可以使得电池的稳定性大大提尚O
[0028]以上所述，仅是本发明的两种举例界面处理，并非对本发明作任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的其他界面处理剂。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
【主权项】
1.界面处理制备高性能钙钛矿薄膜的方法，其特征在于，步骤如下: (1)在衬底上制备空穴收集层； (2)界面处理:将PEI或EA溶于2-甲氧基乙醇中配制成质量分数为0.4?1.2%的溶液，旋涂于空穴收集层上，〈150 °C烘干； (3)在经过界面处理的空穴收集层上制备钙钛矿薄膜。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于:步骤(2)中，旋涂时，以3000?5000转/秒的旋转速度旋涂20?40s。3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于:所述空穴收集层为氧化钒空穴收集层，所述钙钛矿薄膜为CH3NH3PbI3-xClx钙钛矿薄膜，x=0?3。4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于:步骤(I)中，衬底在使用前按下述过程进行预处理:将衬底依次用水、丙酮、乙醇、水超声清洗，将洗好的衬底用氮气吹干，烘干，然后进行臭氧等离子体处理。5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于:所述衬底为FTO导电玻璃。
【文档编号】H01L51/48GK105870342SQ201610315593
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年5月13日
【发明人】邵国胜, 张懿强, 李鹏伟, 梁超
【申请人】郑州大学