【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及太阳能电池，尤其涉及一种适用于钙钛矿太阳能电池器件高通量制造的光烧结工艺。
技术介绍
1、目前，钙钛矿太阳能电池器件(pscs)的光电转换效率已经达到了26.7％，可以和单晶硅太阳能电池相媲美。在太阳能电池产业化的过程中，除了对关注钙钛矿太阳能电池器件光稳定性、热稳定性等问题以外，钙钛矿太阳能电池器件的制备工艺也是研究热点。退火步骤在钙钛矿太阳能电池器件制造过程中扮演着重要的角色，它在一定程度上影响着钙钛矿光活性层的成核与生长，继而影响器件的性能。目前，实验室中采用的退火方法主要是热台退火或者对流烤箱，合称热退火。但是这些退火工艺需要10分钟以上的处理时间，对于高通量的工业化生产是无法匹配的，因此开发新的热处理工艺是一个迫切的需要。
2、强脉冲光烧结(intense pulsed light)是一种基于光热转换的热处理技术，在学术和应用中有多种称谓，如快速退火(flashannealing)、光子加热(photonic annealing)、光子固化(photonic curing)、快速红外退火(flash infrared annealing)。强脉冲光烧结通过协同的光化学作用，光热现象具有的脉冲宽度在微秒到毫秒量级，可以极快地将材料极快地加热到一定温度，不会损坏常温或低温基材。因此强脉冲光烧结具有快速烧结、经济效益好、占地小、易与“卷对卷”工艺生产兼容的特点，渐渐取代传统退火处理，在半导体工艺中的薄膜晶体管掺杂、印刷电子产品中的导电墨水固化、和显示技术中的薄膜退火等方面被广泛应用。
3
4、另外，参考文献1(recrystallized perovskite thin film via intense pulselight sintering for vertical gradient band gap perovskite solar cells[j]，acsappl.energy mater.2021，4，14240-14248.)中公开了一种基于强脉冲光烧结制备具有垂直梯度带隙的钙钛矿薄膜，通过将mapbbr3量子点直接喷墨打印在螺旋涂层的mapbi3薄膜上，构建堆叠的钙钛矿层(mapbbr3qd/mapbi3)。采用单脉冲光烧结对堆叠的钙钛矿薄膜进行烧结处理；烧结后堆叠层的晶粒尺寸显著增加，同时，在堆叠层之间，形成了一种具有梯度的混合卤化物钙钛矿(mapbbr3-xix)薄膜，使得光电转换效率达到17.06％，在相对湿度(rh)为70％的条件下处理500h后，水分稳定性为80％。
5、目前采用单脉冲光烧结工艺制备钙钛矿太阳能电池器件，极大缩短制备时间，但是大部分针对mapbi3钙钛矿组分，没有应用于更稳定的甲脒/铯钙钛矿组分；另外采用单脉冲光烧结技术所得的太阳能电池的光电转换效率较低(低于20％)，进而限制了钙钛矿太阳能电池器件薄膜高通量制备，这也是钙钛矿太阳能电池器件从器件到工业规模转移亟待解决的问题。
技术实现思路
1、为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种钙钛矿光活性层的光烧结制备方法，引入脉冲组光烧结，通过协同的光化学作用实现钙钛矿的结晶固化过程，用于高通量制备钙钛矿光活性层，进一步提高钙钛矿太阳能电池器件的光电转换效率，实现钙钛矿太阳能电池器件从器件到工业规模转移。
2、一种钙钛矿光活性层的光烧结制备方法，包括以下步骤：
3、(1)配制钙钛矿光活性层的前驱体溶液；
4、(2)将步骤(1)配制的钙钛矿光活性层的前驱体溶液铺展在空穴传输层基片上，进行萃取形成钙钛矿中间态；
5、(3)采用强脉冲光烧结方法，对步骤(2)制得的钙钛矿中间态进行脉冲组光烧结，得到钙钛矿光活性层。
6、本专利技术采用脉冲组光烧结对钙钛矿中间态进行光烧结，可以实现短间隔的脉冲来精确调控中间态温度场的变化，影响钙钛矿活性层的结晶固化过程，实现高质量的钙钛矿薄膜生长。
7、优选地，所述的钙钛矿光活性层的前驱体溶液包含abx3钙钛矿结构的晶体；其中，a为甲铵阳离子、甲脒阳离子、铯离子、铷离子中的一种或多种，b为铅离子、锡离子中的一种或多种，x为氯离子、溴离子、碘离子、硫氰酸根离子中的一种或多种。
8、abx3型钙钛矿结构的晶体具有较高的缺陷容忍度，基于包含abx3型钙钛矿结构晶体的前驱体溶液用于制备钙钛矿光活性层有助于提高钙钛矿太阳能电池器件的稳定性；并且通过调整abx3的各组分可以使得钙钛矿材料的带隙发生变化，提高钙钛矿太阳能电池器件应用的灵活性。
9、优选地，所述的钙钛矿光活性层的前驱体溶液中加入砜类或亚砜类添加剂。
10、在钙钛矿光活性层的前驱体溶液中加入砜类或亚砜类添加剂用于调控钙钛矿中间态，与pbi2产生较强的作用，结合光烧结抑制pb0态的生成，提高钙钛矿太阳能电池器件的光电转换效率。
11、优选地，所述的前驱体溶液中加入砜类或亚砜类添加剂为二甲基砜、十二烷基甲基亚砜或二甲基亚砜。
12、优选地，所述的砜类或亚砜类添加剂在钙钛矿光活性层的前驱体溶液中的摩尔百分比为0.1～40％。
13、进一步优选地，所述的十二烷基甲基亚砜或二甲基砜在钙钛矿光活性层的前驱体溶液中的摩尔百分比为0.1--4％；所述的二甲基亚砜在钙钛矿光活性层的前驱体溶液中的摩尔百分比为10-40％。
14、优选地，所述的前驱体溶液铺展是通过旋涂、刮涂或狭缝涂布的方式进行。
15、选择合适的前驱体溶液铺展方式，可以大大缩短涂膜速度，提高前驱体溶液的利用率，获得精度高、湿厚均匀的薄膜。
16、所述的空穴传输层基片制备包括：先对基底进行超声清洗，并用高压惰性气体吹干，再经紫外光照射，得到清洁后的基底；再在清洁后的基底上旋涂涂覆空穴传输层物质并进行退火，制备得到空穴传输层基片。
17、优选地，所述的萃取是通过气刀、反溶剂或真空干燥方式进行。
18、通过气刀、反溶剂或真空干燥方式进行萃取，可以加速钙钛矿结晶，从而获得大面积高质量的钙钛矿中间态，提高太阳能电池组件的能量转换效率。
19、优选地，所述的脉冲组光烧结是将钙钛矿中间态放入光烧结腔体中，调节脉冲组光烧结参数实施脉冲组光烧结工艺。
20、脉冲组光烧结通过调控参数，影响钙钛矿光活性层的厚度和均匀性，选择合适的参数可以避免钙钛矿材料发生结构变化或分解，调控钙钛矿材料的结晶固化过程，获得结晶度和致密性良好的光活性层，提高器件的效率。
21、所述的脉冲组光烧结选自氙灯照射的脉冲光源。
22、优选地，所述脉冲组本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种钙钛矿光活性层的光烧结制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的钙钛矿光活性层的光烧结制备方法，其特征在于，所述的钙钛矿光活性层的前驱体溶液包含ABX3钙钛矿结构的晶体；其中，A为甲铵阳离子、甲脒阳离子、铯离子、铷离子中的一种或多种，B为铅离子、锡离子中的一种或多种，X为氯离子、溴离子、碘离子、硫氰酸根离子中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的钙钛矿光活性层的光烧结制备方法，其特征在于，所述的钙钛矿光活性层的前驱体溶液中加入砜类或亚砜类添加剂。
4.根据权利要求3所述的钙钛矿光活性层的光烧结制备方法，其特征在于，所述的前驱体溶液中加入砜类或亚砜类添加剂为二甲基砜、十二烷基甲基亚砜或二甲基亚砜。
5.根据权利要求3或4所述的钙钛矿光活性层的光烧结制备方法，其特征在于，所述的砜类或亚砜类添加剂在钙钛矿光活性层的前驱体溶液中的摩尔百分比为0.1～40％。
6.根据权利要求1所述的钙钛矿光活性层的光烧结制备方法，其特征在于，所述的前驱体溶液铺展是通过旋涂、刮涂或狭缝涂布的方式进行。
7
8.根据权利要求1所述的钙钛矿光活性层的光烧结制备方法，其特征在于，所述的脉冲组光烧结是将钙钛矿中间态放入光烧结腔体中，调节脉冲组光烧结参数实施脉冲组光烧结工艺。
9.根据权利要求8所述的钙钛矿光活性层的光烧结制备方法，其特征在于，所述脉冲组光烧结参数为：烧结电压500～2000V，脉冲宽度1～3000μs，每个脉冲组包含1～15个小脉冲，每个小脉冲的间隔为5～3000μs，脉冲大间隔为5N10000ms。
10.根据权利要求9所述的钙钛矿光活性层的光烧结制备方法，其特征在于，所述的脉冲组光烧结工艺为：脉冲光源与光活性层之间的烧结高度≤1000mm，烧结次数≤50次。
11.一种根据权利要求1～10任一项所述的钙钛矿光活性层的光烧结制备方法制备的钙钛矿光活性层。
12.根据权利要求11所述的钙钛矿光活性层，其特征在于，所述钙钛矿光活性层为FA1-x-yMAxCsyPb(I1-zBrz)3，其中x＝0～1，y＝0～1，z＝0-1。
13.一种包含权利要求11或12所述的ABX3钙钛矿光活性层的太阳能电池器件或微型组件。
14.根据权利要求13所述的太阳能电池器件或微型组件包括衬底、表电极、空穴传输层、ABX3钙钛矿光活性层、电子传输层、界面调控层和背电极，其特征在于，所述衬底为柔性衬底或玻璃；所述空穴传输层为聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]、硫氰化铜、氧化铝、氧化镍和/或单分子自组装膦酸。
15.根据权利要求13所述的太阳能电池器件或微型组件，其特征在于，所述的柔性衬底为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺或超薄柔性玻璃。
16.根据权利要求13所述的太阳能电池器件或微型组件，其特征在于，所述的单分子自组装膦酸为[2-(9H-咔唑-9-基)乙基]膦酸、[2-(3,6-二甲氧基-9H-咔唑-9-基)乙基]膦酸、[4-(7H-二苯并[c，g]咔唑-7-基)丁基]膦酸、[4-(3，11-二甲氧基-7H-二苯并[c，g]咔唑-7-基)丁基]膦酸、[2，7-二甲氧基-9氢-碳-唑-9-基)甲基]膦酸、[2-(4-(双(4-甲氧基苯基)氨基)苯基)-1-氰乙烯基]膦酸、[4-(3，6-二甲基-9H-咔唑-9-基)丁基]膦酸或[2-(3，6-二甲氧基-9H-咔唑-9-基)丁基]膦酸。
17.根据权利要求13所述的太阳能电池器件或微型组件，其特征在于，太阳能电池器件或微型组件包括：FA0.85MA0.1Cs0.05PbI3钙钛矿光活性层；其中在制备FA0.85MA0.1Cs0.05PbI3钙钛矿光活性层时，配制钙钛矿光活性层的前驱体溶液中加入砜类或亚砜类添加剂，所述砜类或亚砜类添加剂为十二烷基甲基亚砜。
...【技术特征摘要】
1.一种钙钛矿光活性层的光烧结制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的钙钛矿光活性层的光烧结制备方法，其特征在于，所述的钙钛矿光活性层的前驱体溶液包含abx3钙钛矿结构的晶体；其中，a为甲铵阳离子、甲脒阳离子、铯离子、铷离子中的一种或多种，b为铅离子、锡离子中的一种或多种，x为氯离子、溴离子、碘离子、硫氰酸根离子中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的钙钛矿光活性层的光烧结制备方法，其特征在于，所述的钙钛矿光活性层的前驱体溶液中加入砜类或亚砜类添加剂。
4.根据权利要求3所述的钙钛矿光活性层的光烧结制备方法，其特征在于，所述的前驱体溶液中加入砜类或亚砜类添加剂为二甲基砜、十二烷基甲基亚砜或二甲基亚砜。
5.根据权利要求3或4所述的钙钛矿光活性层的光烧结制备方法，其特征在于，所述的砜类或亚砜类添加剂在钙钛矿光活性层的前驱体溶液中的摩尔百分比为0.1～40％。
6.根据权利要求1所述的钙钛矿光活性层的光烧结制备方法，其特征在于，所述的前驱体溶液铺展是通过旋涂、刮涂或狭缝涂布的方式进行。
7.根据权利要求1所述的钙钛矿光活性层的光烧结制备方法，其特征在于，所述的萃取是通过气刀、反溶剂或真空干燥方式进行。
8.根据权利要求1所述的钙钛矿光活性层的光烧结制备方法，其特征在于，所述的脉冲组光烧结是将钙钛矿中间态放入光烧结腔体中，调节脉冲组光烧结参数实施脉冲组光烧结工艺。
9.根据权利要求8所述的钙钛矿光活性层的光烧结制备方法，其特征在于，所述脉冲组光烧结参数为：烧结电压500～2000v，脉冲宽度1～3000μs，每个脉冲组包含1～15个小脉冲，每个小脉冲的间隔为5～3000μs，脉冲大间隔为5n10000ms。
10.根据权利要求9所述的钙钛矿光活性层的光烧结制备方法，其特征在于，所述的脉冲组光烧结工艺为：脉冲光源与光活性层之间的烧结高度≤1000mm，烧结次数≤50次。
11.一...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨孟锦，张智勇，单嘉鸿，葛子义，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。