一种柔性钙钛矿太阳能电池全狭缝涂布制备方法

本发明属于半导体光电器件，具体涉及一种柔性钙钛矿太阳能电池的制备方法。

背景技术：

1、随着经济的发展和科学技术的进步，人们对能源的需求量急剧提升。太阳能作为一种取之不尽的可再生能源，已经在各个领域得到了广泛的应用。在光伏领域，钙钛矿太阳能电池相比于硅太阳能电池，具有材料成本低，工艺简单等特点，目前的刚性钙钛矿太阳能电池最高光电转换效率已经达到25.8％，大面积(809.8cm2)光电转换效率达到19.9％。尽管已经具备较高的转换效率，但刚性材料的重量、成本等因素始终限制了其应用领域。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种稳定性好、重量轻、成本低的柔性钙钛矿太阳能电池全狭缝涂布制备方法,以解决上述钙钛矿太阳能电池的稳定性差、重量大、成本高等问题。

2、本发明提供的柔性钙钛矿太阳能电池全狭缝涂布制备方法，具体步骤为：

3、s1，将柔性基底和透明电极分别在洗洁精、纯水、乙醇、丙酮、异丙醇中进行超声清洗；

4、s2，将清洗后的基底放置在紫外灯臭氧装置中进行紫外臭氧；

5、s3，在臭氧后的基底上使用狭缝涂布电子传输层溶液，并用热风刀加热退火；其中，所述狭缝涂布速度为10-100mm/s，涂布头出液量为10-50ul/s，涂布头高度为1-10um；

6、s4，待冷却后，在制备了电子传输层的样品上继续使用狭缝涂布钙钛矿溶液，并通入反溶剂气体，热风进行加热退火；所述狭缝涂布速度为10-100mm/s，涂布头出液量为10-100ul/s，反溶剂气体与热风一同吹出，热风退火温度为100-150℃，风刀口气压为0.05-0.2mpa，涂布头高度为1-20um；

7、s5，待冷却后，在制备了钙钛矿层的样品表面继续使用狭缝涂布空穴传输溶液，并用热风吹扫；其中，所述狭缝涂布速度为10-100mm/s，涂布头出液量为10-100ul/s，热风退火温度为40-80℃，风刀口气压为0.05-0.2mpa，涂布头高度为1-5um；

8、s6，在制备了空穴传输层的样品表面蒸镀顶部金属电极，最终得到大面积(例如为24平方厘米)的柔性钙钛矿太阳能电池。

9、优选地，步骤s1中所描述的基底可以为聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)，或聚萘二甲酸乙二醇酯(pen)，所述的透明电极可以为氧化铟锡(ito)或氟掺杂氧化锡(fto)。

10、优选地，步骤s2中所述的紫外臭氧时间为3-10min。

11、优选地，步骤s3中所述的电子传输层可以为氧化锡、氧化钛、氧化锌；电子传输层厚度为20-100nm。

12、优选地，步骤s4中所描述钙钛矿溶液成分为pbi2 1.0～1.2m、mabr 0.01～0.08m、macl0.15～0.36m、fai 0.8～1.0m和csi 0.01～0.10m；钙钛矿层膜厚为500-5000nm。

13、优选地，步骤s5中所述的空穴传输层可以为spiro-ometad、聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺](ptaa)、niox；空穴层厚度为100-1000nm。

14、步骤s6中所述的顶部金属电极可以为银、金，厚度为100-300nm。

15、所制备的柔性钙钛矿器件单个子电池，其光电转换效率达20.88(反扫)、20.42(正扫)，且表现出很小的迟滞效应，不足2％。

16、整个柔性钙钛矿组件表现出杰出的稳定性：在“双85”(85％相对湿度和85摄氏度热处理)环境下，经1000小时老化，仍保持初始效率的90％以上。

17、整个柔性钙钛矿组件的重量不足其对应的玻璃基底的硬质器件重量的十分之一；柔性衬底的成本不足10％，表现出重量轻、成本低及可任意弯折等优点。

18、本发明方法制备得到的柔性钙钛矿太阳能电池，可以广泛适用于各领域。例如，贴在人体或衣物上，外出旅行时即可进行光能储存；在房屋建筑上可以布置大面积的柔性钙钛矿太阳能电池以供家庭用电；在高空有更丰富的光能，将柔性钙钛矿太阳能电池布置到飞机上也可满足机舱内部分电力供给；另外，夏天时强烈的阳光使汽车内部温度高达70℃，可以将柔性钙钛矿太阳能电池布置到汽车表面，利用其优异的吸光特性缓解内部温度的同时，将光能转化为电能；等等。

技术特征：

1.一种柔性钙钛矿太阳能电池全狭缝涂布制备方法，其特征在于，具体步骤为：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s1中所述的基底为聚对苯二甲酸乙二醇酯，或聚萘二甲酸乙二醇酯，所述的透明电极为氧化铟锡或氟掺杂氧化锡。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s2中所述的紫外臭氧时间为3-10min。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s3中所述的电子传输层为氧化锡、氧化钛或氧化锌；电子传输层厚度为20-100nm。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s4中所述钙钛矿溶液成分为pbi21.0~1.2m、mabr 0.01~0.08m、macl 0.15~0.36m、fai 0.8~1.0m和csi 0.01~0.10m；钙钛矿层膜厚为500-5000nm。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s5中所述的空穴传输层为spiro-ometad、聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]或niox；空穴层厚度为100-1000nm。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s6中所述的顶部金属电极为银、金，厚度为100-300 nm。

技术总结
本发明属于半导体光电器件技术领域，具体为一种柔性钙钛矿太阳能电池全狭缝涂布制备方法。本发明柔性钙钛矿太阳能电池包括柔性基底、透明电极层、电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层、顶部金属电极层；其制备步骤包括：对基底和透明电极层进行清洗、紫外臭氧；随后采用狭缝涂布方式分别制备电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层；最后通过蒸镀方法制备顶部金属电极。制备的柔性钙钛矿器件单个子电池光电转换效率达20.88，且表现出很小的迟滞效应；整个柔性钙钛矿组件表现出杰出的稳定性：在85%相对湿度和85摄氏度热处理环境下，经1000小时老化，仍保持初始效率的90%以上。在大面积柔性基底上制备的钙钛矿太阳能电池可应用于各光电领域。

技术研发人员：杨迎国
受保护的技术使用者：复旦大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16