一种制备钙钛矿薄膜方法及其钙钛矿太阳能电池技术

本发明专利技术涉及太阳能制造技术领域，公开了一种制备钙钛矿薄膜方法及其钙钛矿太阳能电池，其中，方法包括：S1、对初始透明导电玻璃衬底ITO进行处理；S2、PTAA前驱体溶液配制；S3、PbI2和MAI混合前体溶液配置；S4、PCBM前驱体溶液配置；S5、BCP前驱体溶液配置；S6、蒸镀对电极Ag。本发明专利技术提供的制备钙钛矿薄膜方法及其钙钛矿太阳能电池，用以解决钙钛矿电池中热退火结晶的过程受外界环境温度变化的影响，导致制备出的钙钛矿薄膜粗糙，钙钛矿晶粒不均匀，增加了非辐射复合，减少了短路电流密度及光电转换效率低的技术问题。率低的技术问题。率低的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
一种制备钙钛矿薄膜方法及其钙钛矿太阳能电池


[0001]本专利技术涉及太阳能制造
，特别涉及一种制备钙钛矿薄膜方法及其钙钛矿太阳能电池。

技术介绍

[0002]近年来，为了解决日益严峻的能源和环境问题，人们把目光投向了新能源的开发和利用上。在各种新能源技术中，光伏发电无疑是最具有前景的方向之一。传统的硅基太阳能电池虽然实现了产业化，有着较为成熟的市场，但其性价比还无法与传统能源相竞争。因此，研究和发展高效率、低成本的新型太阳能电池十分必要。在众多的新型太阳能电池里，一种基于钙钛矿型的有机金属卤化物CH3NH3PbX3(X代表卤族元素，最常见的是I)材料的太阳电池引起了全世界的关注。自2009年出现到目前为止，钙钛矿太阳电池的最高效率已超过25％，这很大程度上给了钙钛矿太阳能电池发展的动力。
[0003]但目前钙钛矿太阳能电池的稳定性依然存在着巨大的挑战。温度对钙钛矿太阳能电池薄膜的结晶起着至关重要的作用，特别是钙钛矿太阳能电池在制备过程中如果暴露在环境中，会因为环境温度的变化和湿气等发生降解，从而影响钙钛矿薄膜结晶质量，导致钙钛矿太阳能电池性能的损失，影响其光电转换效率。环境温度作为钙钛矿薄膜制备过程中一个无法忽略的因素，因此，在制备钙钛矿薄膜中寻找出一种合适的温度极其重要。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种制备钙钛矿薄膜方法及其钙钛矿太阳能电池，用以解决钙钛矿电池中热退火结晶的过程受外界环境温度变化的影响，导致制备出的钙钛矿薄膜粗糙，钙钛矿晶粒不均匀，增加了非辐射复合，减少了短路电流密度及光电转换效率低的技术问题。
[0005]本专利技术提供了一种制备钙钛矿薄膜方法，包括：
[0006]S1、对初始透明导电玻璃衬底ITO进行处理：
[0007]将ITO的玻璃片依次置于水、丙酮、异丙醇中超声机清洗，每步15min；然后将ITO基片置于氮气流中吹干，实验前放入紫外臭氧机中20分钟，最后再将ITO移至手套箱的氮气环境中；
[0008]S2、PTAA前驱体溶液配制：
[0009]10mg PTAA溶于1mL甲苯中，搅拌12小时；将配置好的PTAA溶液以4000转/30s的速度旋涂在ITO玻璃上，然后在100℃下退火10分钟，得到旋有PTAA薄膜的样品片；
[0010]S3、PbI2和MAI混合前体溶液配置：
[0011]0.553mg PbI2和0.159mg MAI溶解于0.8mL DMF和0.2mL DMSO中，搅拌12小时，得到MAPbI3溶液，将配置好的MAPbI3以4000转/30s的速度旋涂在PTAA薄膜的上面，之后100℃退火10分钟，得到钙钛矿薄膜；
[0012]S4、PCBM前驱体溶液配置：
[0013]20mg PCBM溶于1mL氯苯中，搅拌12小时；将配置好的PCBM前驱体溶液以4000转/
30s的速度旋涂在钙钛矿薄膜上，然后等待设定时间段，得到PCBM薄膜；
[0014]S5、BCP前驱体溶液配置：
[0015]2mg BCP溶于4mL异丙酮，搅拌12小时；
[0016]S6、蒸镀对电极Ag：
[0017]采用真空热蒸镀设备，在BCP薄膜上蒸镀80nm银。
[0018]进一步地，所述步骤S3中，包括：
[0019]在环境温度20℃时，在PTAA薄膜上面以4000转30秒的速度旋涂PbI2和MAI混合前驱体溶液，然后在旋涂的第七秒加入氯苯反溶剂，最后以100℃退火10分钟，便可以得到钙钛矿薄膜；
[0020]进一步地，所述步骤S3中，包括：
[0021]在环境温度25℃，在PTAA薄膜上面以4000转30秒的速度旋涂PbI2和MAI混合前驱体溶液，然后在旋涂的第七秒加入氯苯反溶剂，最后以100℃退火10分钟，便可以得到钙钛矿薄膜；
[0022]进一步地，所述步骤S3中，包括：
[0023]在环境温度30℃时，在PTAA薄膜上面以4000转30秒的速度旋涂PbI2和MAI混合前驱体溶液，然后在旋涂的第七秒加入氯苯反溶剂。最后以100℃退火10分钟，便可以得到钙钛矿薄膜；
[0024]进一步地，所述步骤S3中，在以上步骤制备出三种环境温度下的钙钛矿薄膜，其透明导电玻璃衬底ITO、空穴传输层PTAA、电子传输层PCBM、空穴阻挡材料BCP和Ag电极制备条件不变。
[0025]本专利技术还提供了一种钙钛矿太阳能电池，基于如上所述的制备钙钛矿薄膜方法，包括透明导电玻璃衬底ITO、空穴传输层PTAA、钙钛矿吸光层MAPbI3、电子传输层PCBM、空穴阻挡材料BCP和Ag对电极，最终结构为ITO/PTAA/MAPbI3/PCBM/BCP/Ag。
[0026]本专利技术的有益效果为：
[0027]本专利技术采用一步旋涂法控制环境温度制备钙钛矿薄膜和控制制备钙钛矿薄膜“环境温度”的方法，是钙钛矿太阳能电池效率进一步发展的一个重要方向，在一步法中使用控制环境温度方法制备的电池得出了优异的光电性能、良品率和稳定性，验证了环境温度对钙钛矿结晶的重要性，对促进钙钛矿太阳能电池实用化进程有一定的意义。
附图说明
[0028]图1为本专利技术中一步旋涂法制备钙钛矿太阳能电池的结构示意图。
[0029]图2为本专利技术中一步旋涂法制备钙钛矿薄膜流程图。
[0030]图3为本专利技术中不同环境温度钙钛矿薄膜的SEM图。
[0031]图4为本专利技术中不同环境温度下制备的钙钛矿薄膜XRD图。
[0032]图5为本专利技术中不同环境温度下制备的钙钛矿薄膜PL光谱图。
[0033]图6为本专利技术中不同环境温度下制备的钙钛矿太阳能电池的光电转换效率图。
[0034]本专利技术目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
[0035]应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0036]随着热退火过程中环境温度的变化，研究其对钙钛矿太阳能电池形貌和器件性能的影响。环境温度为25℃，可得到理想的MAPbI3钙钛矿薄膜，最佳PCE为9.78％。进一步分析表明，将环境温度从20℃提高到25℃，可以减少钙钛矿薄膜中PbI2含量，有利于形成大的晶粒。其强调了环境温度对钙钛矿结晶的重要性，并应在商业化方面具有巨大的潜力。
[0037]实施例1
[0038]本实施例提供了一种制备钙钛矿薄膜方法，包括：
[0039]S1、对初始透明导电玻璃衬底ITO进行处理：
[0040]将ITO的玻璃片依次置于水、丙酮、异丙醇中超声机清洗，每步15min；然后将ITO基片置于氮气流中吹干，实验前放入紫外臭氧机中20分钟，最后再将ITO移至手套箱的氮气环境中；
[0041]S2、PTAA前驱体溶液配制：
[0042]10mg PTAA溶于1mL甲苯中，搅拌12小时；将配置好的PTAA溶液以4000转/30s的速度旋涂在ITO玻本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制备钙钛矿薄膜方法，其特征在于，包括：S1、对初始透明导电玻璃衬底ITO进行处理：将ITO的玻璃片依次置于水、丙酮、异丙醇中超声机清洗，每步15min；然后将ITO基片置于氮气流中吹干，实验前放入紫外臭氧机中20分钟，最后再将ITO移至手套箱的氮气环境中；S2、PTAA前驱体溶液配制：10mg PTAA溶于1mL甲苯中，搅拌12小时；将配置好的PTAA溶液以4000转/30s的速度旋涂在ITO玻璃上，然后在100℃下退火10分钟，得到旋有PTAA薄膜的样品片；S3、PbI2和MAI混合前体溶液配置：0.553mg PbI2和0.159mg MAI溶解于0.8mL DMF和0.2mL DMSO中，搅拌12小时，得到MAPbI3溶液，将配置好的MAPbI3以4000转/30s的速度旋涂在PTAA薄膜的上面，之后100℃退火10分钟，得到钙钛矿薄膜；S4、PCBM前驱体溶液配置：20mg PCBM溶于1mL氯苯中，搅拌12小时；将配置好的PCBM前驱体溶液以4000转/30s的速度旋涂在钙钛矿薄膜上，然后等待设定时间段，得到PCBM薄膜；S5、BCP前驱体溶液配置：2mg BCP溶于4mL异丙酮，搅拌12小时；S6、蒸镀对电极Ag：采用真空热蒸镀设备，在BCP薄膜上蒸镀80nm银。2.根据权利要求1所述的制备钙钛矿薄膜方法，其特征在于，所述步骤S3中，包括：在环境温度20℃时，在PTAA薄膜上面以4000转30...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘润茹，王德军，温德凯，刘志锋，郭翠婷，杨强，常笑鹏，
申请(专利权)人：长春大学，
类型：发明
国别省市：