本发明专利技术公开了一种在微纳尺度上使用光刻构建图案制备新型结构钙钛矿太阳电池的方法，在基底表面制备电子传输层，然后进行抛光处理后匀光刻胶，经过烤胶处理后配合光刻用掩膜板对光刻胶曝光显影，显影后的光刻胶在电子传输层表面形成周期性的图案；然后依次沉积绝缘层、金属电极层，然后剥离镀有绝缘层及金属电极层的光刻胶；再进行热氧化处理，使金属电极层的表面氧化成空穴传输层；最后制备钙钛矿吸收层，形成具有结构电极图案的钙钛矿太阳电池。本发明专利技术该背接触微米尺度叉指电极图案化的工艺避免了自组装光刻工艺或干法刻蚀工艺，有效的拓宽了光刻胶的选择和工艺窗口，工艺的实现对设备的需求简化。现对设备的需求简化。
【技术实现步骤摘要】
一种在微纳尺度上光刻构建图案制备新型结构钙钛矿太阳电池的方法及产品
[0001]本专利技术涉及新能源材料领域，属于一种在微纳尺度上使用光刻构建图案制备新型结构钙钛矿太阳电池的方法以及产品。
技术介绍
[0002]太阳能作为一种可持续零排放的清洁能源被人类视为是替代化石能源最有竞争力的一类新能源。目前作为技术较成熟的硅基太阳能电池持续提效遇到瓶颈，钙钛矿太阳能电池因制备简单、生产成本低、转换效率高等诸多优势，被认为最有潜力取代硅基太阳能电池成为未来产业化发展的趋势。国内外研究人员已系统性的对钙钛矿太阳能电池进行材料合成、器件集成的优化，想再进一步提效面临许多挑战。
[0003]而IDE(叉指型背接触)结构、Q
‑
IDE(类叉指型背接触)结构钙钛矿太阳能电池，与传统的平面三明治结构钙钛矿太阳能电池相比，其具备受光面无电极遮光、相对较小的寄生吸收、钙钛矿层制备在电子传输层(ETL)和空穴传输层(HTL)之后、钙钛矿表面可灵活选择钝化工艺，且不存在制备电极对钙钛矿膜层的损伤等特点，被越来越多研究者关注，由于其理论上光电转换效率高于传统三明治结构器件，目前研究该结构较多的工艺方案采用自主装光刻工艺的较多，但是电极图案、电极尺寸、电极间距均不可控，使得实现该结构器件面临诸多工艺瓶颈。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的在于提供了一种在微纳尺度上使用光刻构建图案制备新型结构(IDE、Q
‑
IDE)钙钛矿太阳电池的方法，有效解决了受制于工艺限制的图案化过程，所得图案化的钙钛矿太阳电池的理论光电转换效率相较传统三明治结构太阳能电池有所提高，为后续的研究和开发工作提供了很好的工艺选择性。
[0005]本专利技术目的是通过以下技术方案实现的：
[0006]一种在微纳尺度上使用光刻构建图案制备新型结构钙钛矿太阳电池的方法，包括以下步骤：
[0007](1)将透明导电基底清洗干净后，在其表面制备钙钛矿太阳能电池的电子传输层，得到沉积有电子传输层的基底；
[0008](2)在电子传输层表面进行抛光处理后匀光刻胶，经过烤胶处理后配合适配的光刻用掩膜板对光刻胶曝光显影；其中，所述光刻胶为负胶，通过显影后的光刻胶的图案化在电子传输层表面形成周期性的图案结构；
[0009](3)将步骤(2)所得具有周期性图案结构的基底经过电子束蒸发镀膜或磁控溅射依次沉积绝缘层、金属电极层，然后剥离镀有绝缘层及金属电极层的光刻胶；
[0010](4)将步骤(3)所得基底置于管式炉中进行热氧化处理，使金属电极层的表面氧化，纵向深度上的底部仍保持未氧化状态，形成钙钛矿太阳能电池的空穴传输层；
[0011](5)通过低压气相沉积或旋涂法在步骤(4)所得基底的空穴传输层上制备钙钛矿吸收层，然后经过表面处理，形成具有电极图案结构的钙钛矿太阳电池。该新型结构钙钛矿太阳能电池中的金属电极作为正电极，透明导电玻璃作为负电极均在钙钛矿层的底部。其中，金属电极也可以替换为透明电极，然后采用与透明电极相匹配的空穴传输层即可。
[0012]进一步优选地，步骤(1)中透明导电玻璃(即导电基底)由底层的玻璃基体和表层的透明导电电极组成，可以采用市售的采用ITO玻璃或FTO玻璃等。本专利技术中玻璃基体作为太阳能电池的底部支撑，在透明导电电极表面沉积电子传输层。
[0013]进一步优选地，所述电子传输层具有透光性，采用浸泡法或旋涂法制备SnO2薄膜或TiO2薄膜，膜厚控制在10nm
‑
100nm范围内。
[0014]进一步优选地，步骤(2)中，一般光刻胶厚度控制在800nm以内。
[0015]进一步优选地，步骤(2)中，在电子传输层表面形成周期性的图案微纳尺度的电极图案，本专利技术采用叉指结构或类叉指结构，周期性间距为2μm
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50μm。
[0016]进一步优选地，步骤(3)中，所述绝缘层为Al2O3层，或Al2O3和SiO2的混合层等，厚度在100nm
‑
450nm；所述金属电极层采用Ni电极或Cu电极等，厚度为20nm
‑
200nm。
[0017]进一步优选地，步骤(4)中，剥离镀有绝缘层及金属电极层的光刻胶后，所得基底迅速转移到热氧化炉，进行金属热氧化处理，温度控制在300℃
‑
550℃，氧气流量控制在1sccm
‑
10sccm。其中，采用KMP E3130A(85cp)光刻胶，旋涂胶厚达到0.5μm
‑
3μm，烘烤温度控制在100℃
‑
120℃，烘烤时间一般为15min
‑
25min，曝光时间为3s
‑
10s，显影时间为30s
‑
55s。
[0018]进一步优选地，步骤(5)中，所述钙钛矿吸收层为厚度500nm
‑
1μm的Cs
x
FA1‑
x
PbI
y
Br1‑
y
钙钛矿材料，x一般为0
‑
0.15，y一般为2.85
‑
3。
[0019]进一步优选地，步骤(5)中，所述表面处理为采用N,N
‑
二甲基甲酰胺(DMF)点状范围擦拭非图案区别的钙钛矿吸收层，然后氮气吹扫5
‑
20s。
[0020]上述方法制备的新型结构钙钛矿太阳电池分为周期性图案局域和非图案区域，图案具有周期性，形状为叉指结构或类似于叉指结构，周期性镂空的间距在2μm
‑
50μm；图案区域从下到上依次为基底以及依次覆盖于透明导电基底上的电子传输层、绝缘层、金属电极(或透明电极)、空穴传输层和钙钛矿吸收层；非图案区域从下到上依次为基底以及依次覆盖于基底上的电子传输层和钙钛矿吸收层；其中，所述基底为透明导电玻璃，所述电子传输层为厚度10nm
‑
100nm的SnO2薄膜或TiO2薄膜；所述绝缘层为通过电子束蒸发镀膜或磁控溅射在所述电子传输层上沉积的SiO2薄膜；所述金属电极为Ni电极或Cu电极；所述空穴传输层为金属电极层的表面热氧化所得(金属电极替换为透明电极时，采用与透明电极相匹配的空穴传输层即可)；所述钙钛矿吸收层为厚度500nm
‑
1μm的Cs
x
FA1‑
x
PbI
y
Br1‑
y
钙钛矿材料，x一般为0
‑
0.15，y一般为2.85
‑
3。
[0021]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0022](1)本专利技术在微纳尺度上使用光刻构建图案制备新型结构钙钛矿太阳电池的方法，避免了实现图案化所需用到的自组装光刻工艺或干法刻蚀工艺，有效的拓宽了光刻胶的选择和工艺窗口，工艺的实现对设备的需求简化。
[0023](2)本专利技术的新型结构钙钛矿太阳能电池，金属电极(也本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种在微纳尺度上使用光刻构建图案制备新型结构钙钛矿太阳电池的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将透明导电基底清洗干净后，在其表面制备钙钛矿太阳能电池的电子传输层，得到沉积有电子传输层的基底；(2)在电子传输层表面进行抛光处理后匀光刻胶，经过烤胶处理后配合适配的光刻用掩膜板对光刻胶曝光显影；其中，所述光刻胶为负胶，通过显影后的光刻胶在电子传输层表面形成周期性的图案；(3)将步骤(2)所得具有周期性图案化的基底经过电子束蒸发镀膜或磁控溅射依次沉积绝缘层、金属电极层，然后剥离镀有绝缘层及金属电极层的光刻胶；(4)将步骤(3)所得基底置于管式炉中进行热氧化处理，使金属电极层的表面氧化成钙钛矿太阳能电池的空穴传输层；(5)通过低压气相沉积或旋涂法在步骤(4)所得基底的空穴传输层上制备钙钛矿吸收层，形成具有周期性电极图案的钙钛矿太阳电池。2.根据权利要求1所述的一种在微纳尺度上使用光刻构建图案制备新型结构钙钛矿太阳电池的方法，其特征在于，在电子传输层表面形成周期性的图案为微纳尺度的电极图案，周期性间距为2μm
‑
50μm，优选叉指结构或类叉指结构。3.根据权利要求1所述的一种在微纳尺度上使用光刻构建图案制备新型结构钙钛矿太阳电池的方法，其特征在于，所述电子传输层具有透光性，采用浸泡法或旋涂法制备SnO2薄膜或TiO2薄膜，膜厚控制在10nm
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100nm范围内。4.根据权利要求1所述的一种在微纳尺度上使用光刻构建图案制备新型结构钙钛矿太阳电池的方法，其特征在于，步骤(2)中，光刻胶的旋涂胶厚为0.5μm
‑
3μm，烤胶温度控制为100℃
‑
120℃，烤胶时间为15min
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25min，曝光时间为3s
‑
10s，显影时间为30s
‑
55s。5.根据权利要求1所述的一种在微纳尺度上使用光刻构建图案制备新型结构钙钛矿太阳电池的方法，其特征在于，所述绝缘层为Al2O3层或Al2O3和SiO2的混合层，厚度在100nm
‑
450nm；所述金属电极层采用Ni电极或Cu电极，厚度为20nm
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200nm；所述钙钛矿吸收层为厚度500nm
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1μm的Cs
【专利技术属性】
技术研发人员：郑国源，陈壁滔，苏家乐，莫淑一，王吉林，姚迪圣，田楠，龙飞，
申请(专利权)人：桂林理工大学，
类型：发明
国别省市：
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