一種基于噴涂工藝制備大面積鈣鈦礦太陽能電池的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及太陽能電池技術領域，具體涉及一種基于噴涂工藝制備大面積鈣鈦礦太陽能電池的方法。
【背景技術】
[0002]目前，由于有機-金屬鹵化物(CH3NH3PbX3)具有類似鈦酸鈣(ABX3)的晶體結構，具有優異的光吸收能力、可觀的雙極性載流子迀移率、超長電子-空穴擴散長度，并且可以通過調節材料組分來調節其帶隙寬度，被認為是一種極具應用前景的光伏材料。
[0003]鈣鈦礦太陽能電池是以具有鈣鈦礦結構的有機-金屬鹵化物(CH3NH3PbX3)作為核心光吸收、光電轉換、光生載流子輸運材料的太陽能電池。鈣鈦礦型有機-金屬鹵化物(CH3NH3PbX3)具有優異的光吸收能力、可觀的雙極性載流子迀移率、超長電子-空穴擴散長度，能高效吸收從可見光到波長800nm的廣譜光，具有很高的光電轉換效率，它已然成為當今光伏領域內最重要的研究熱點之一。
[0004]同時，具有鈣鈦礦結構的有機-金屬齒化物(CH3NH3PbX3)還具有自組裝的特性，合成簡易，適合采用溶液法制備鈣鈦礦薄膜。在實際研究中，旋涂法因其成膜質量較高，成膜厚度、內部結構及表面形貌性能較好，便于控制，且可重復性好等特點，目前在實驗室研究領域占主流地位。但是，旋涂法只適于用于較小的襯底(一般不超過300mm)，而且材料浪費率高，無法應用于大面積器件的制備，因而限制了鈣鈦礦太陽能電池的產業化發展。

【發明內容】

[0005]為克服現有技術中的上述問題，本發明提供了一種基于噴涂工藝制備大面積鈣鈦礦太陽能電池的方法，通過調整噴涂工藝參數，實現大面積鈣鈦礦太陽能電池的制備，制備方法簡單易行，具有良好的產業化前景。
[0006]為了實現上述目的，本發明采用的技術方案如下:
一種基于噴涂工藝制備大面積鈣鈦礦太陽能電池的方法，包括以下步驟:
(1)將透明導電基底置于載物臺上，噴涂T12溶液，制備得到20nm厚度電子傳輸層；
(2)采用連續噴涂法制備鈣鈦礦光吸收層:首先在電子傳輸層上噴涂濃度為0.5-lmol/L的PbI2溶液，噴涂結束后將其置于加熱臺上，在70?90°C條件下加熱30min;然后繼續噴涂濃度為10_50mg/mL的CH3NH3I溶液，噴涂結束后再次置于加熱臺上，在90?110°C條件下加熱120min，制備得到300?50nm厚度的鈣鈦礦光吸收層;之后冷卻至室溫后，用異丙醇清洗并烘干；
(3)在鈣鈦礦光吸收層上噴涂Spiro-MEOTAD溶液，制備得到150-250nm厚度的空穴傳導層；
(4)在空穴傳導層上噴涂銀納米線的醇溶液或者石墨稀，制備得到80-200nm厚度的對電極，如此制得鈣鈦礦太陽能電池。
[0007]優選地，所述透明導電基底為FTO玻璃基板。
[0008]進一步地，在電子傳輸層、鈣鈦礦光吸收層、空穴傳導層、以及對電極的噴涂過程中，FT0玻璃基板均吸附于載物臺上，并保持勻速轉動。
[0009]與現有技術相比，本發明具有以下有益效果:
(I)本發明采用噴涂法制備鈣鈦礦太陽能電池，通過調整噴涂工藝參數，實現大面積鈣鈦礦太陽能電池的制備，該制備方法簡單易行，具有良好的產業化前景。
[0010](2)本發明在鈣鈦礦光吸收層的制備過程中，先噴涂PbI2層，加熱后再噴涂CH3NH3I層，采用分步溶液噴涂法，確保膜層具有良好的可重復性和可控性，并且可以根據需要控制光吸收層的厚度。
[0011](3)本發明在鈣鈦礦光吸收層制備完成后，采用異丙醇進行清洗，洗去未反應完全的碘甲胺(CH3NH3I),以免未反應完全的碘甲胺增加界面電阻。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發明制備的鈣鈦礦太陽能電池的結構示意圖。
[0013]附圖中的各標號分別表不為:1-FT0玻璃基板，2-電子傳輸層，3-|丐鈦礦光吸收層，4-空穴傳導層，5-對電極。
【具體實施方式】
[0014]下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明，本發明的實施方式包括但不限于下列實施例。
[0015]實施例1
如圖1所示，將FTO玻璃基板置于載物臺上噴涂T12溶液，制備得到20nm厚度的電子傳輸層;在電子傳輸層上噴涂濃度為0.5 mo VU^PbI2溶液，置于加熱臺上加熱至70°C，加熱30min，制備得到PbI2薄膜;然后繼續噴涂濃度為20 mg/mL的CH3NH3I溶液，置于加熱臺上加熱至90°C，加熱120min，制備得到300nm厚度的CH3NH3PbI3薄膜即鈣鈦礦光吸收層;待基板冷卻至室溫后，用異丙醇清洗基板并烘干;噴涂Spiro-MEOTAD溶液，制備得到200nm的空穴傳導層;最后噴涂銀納米線/石墨稀的醇溶液，并在100 °C下加熱5min，制備得到10nm的對電極，如此制得鈣鈦礦太陽能電池;在噴涂過程中FTO玻璃基板吸附于載物臺上并保持勻速轉動，確保涂層均勻平整。
[0016]實施例2
將FTO玻璃基板置于載物臺上噴涂T i O2溶液，制備得到20nm厚度的電子傳輸層;在電子傳輸層上噴涂濃度為0.8mol/L的PbI2溶液，置于加熱臺上加熱至80°C，加熱30min，制備得到PbI2薄膜;然后繼續噴涂濃度為40 mg/mL的CH3NH3I溶液，置于加熱臺上加熱至100°C，加熱120min，制備得到400nm厚度的CH3NH3PbI3薄膜即鈣鈦礦光吸收層;待基板冷卻至室溫后，用異丙醇清洗基板并烘干;噴涂Spiro-MEOTAD溶液，制備得到200nm的空穴傳導層;最后噴涂銀納米線/石墨稀的醇溶液，并在100°C下加熱5min，制備得到10nm的對電極，如此制得鈣鈦礦太陽能電池;在噴涂過程中FTO玻璃基板吸附于載物臺上并保持勻速轉動，確保涂層均勻平整。
[0017]實施例3
將FTO玻璃基板置于載物臺上噴涂T i O2溶液，制備得到20nm厚度的電子傳輸層;在電子傳輸層上噴涂濃度為ImolAJ^PbI2溶液，置于加熱臺上加熱至90°C，加熱30min，制備得到PbI2薄膜;然后繼續噴涂濃度為50 mg/mL的CH3NH31溶液，置于加熱臺上加熱至110°C，加熱120min，制備得到500nm厚度的CH3NH3PbI3薄膜即鈣鈦礦光吸收層;待基板冷卻至室溫后，用異丙醇清洗基板并烘干;噴涂Spiro-MEOTAD溶液，制備得到200nm的空穴傳導層;最后噴涂石墨稀，并在100 0C下加熱5min，制備得到150nm的對電極，如此制得|丐鈦礦太陽能電池;在噴涂過程中FTO玻璃基板吸附于載物臺上并保持勻速轉動，確保涂層均勻平整。
[0018]通過調整噴涂工藝參數，實現可大面積鈣鈦礦太陽能電池的制備，該制備方法簡單易行，能夠實現低成本的高效鈣鈦礦太陽能電池的制備，具有良好的產業化前景。
[0019]上述實施例僅為本發明的優選實施例，并非對本發明保護范圍的限制，但凡采用本發明的設計原理，以及在此基礎上進行非創造性勞動而作出的變化，均應屬于本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種基于噴涂工藝制備大面積鈣鈦礦太陽能電池的方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)將透明導電基底置于載物臺上，噴涂T12溶液，制備得到20nm厚度電子傳輸層； (2)采用連續噴涂法制備鈣鈦礦光吸收層:首先在電子傳輸層上噴涂濃度為0.5-lmol/L的PbI2溶液，噴涂結束后將其置于加熱臺上，在70?90°C條件下加熱30min;然后繼續噴涂濃度為10_50mg/mL的CH3NH3I溶液，噴涂結束后再次置于加熱臺上，在90?110°C條件下加熱120min，制備得到300?50nm厚度的鈣鈦礦光吸收層;之后冷卻至室溫后，用異丙醇清洗并烘干； (3)在鈣鈦礦光吸收層上噴涂Spiro-MEOTAD溶液，制備得到150-250nm厚度的空穴傳導層； (4)在空穴傳導層上噴涂銀納米線的醇溶液或者石墨稀，制備得到80-200nm厚度的對電極，如此制得鈣鈦礦太陽能電池。2.根據權利要求1所述的一種基于噴涂工藝制備大面積鈣鈦礦太陽能電池的方法，其特征在于，所述透明導電基底為FTO玻璃基板。3.根據權利要求1?2任一項所述的一種基于噴涂工藝制備大面積鈣鈦礦太陽能電池的方法，其特征在于，在電子傳輸層、鈣鈦礦光吸收層、空穴傳導層、以及對電極的噴涂過程中，FT0玻璃基板均吸附于載物臺上，并保持勻速轉動。
【專利摘要】本發明公開了一種基于噴涂工藝制備大面積鈣鈦礦太陽能電池的方法：首先將透明導電基底置于載物臺上，噴涂電子傳輸層；之后采用連續噴涂法制備鈣鈦礦光吸收層：首先在電子傳輸層上噴涂PbI2溶液，在70~90℃條件下加熱30min；然后繼續噴涂CH3NH3I溶液，在90~110℃條件下加熱120min；之后冷卻至室溫后，用異丙醇清洗并烘干；然后噴涂空穴傳導層；最后噴涂銀納米線/石墨烯制備對電極。本發明通過調整噴涂工藝參數，實現大面積鈣鈦礦太陽能電池的制備，制備方法簡單易行，能夠實現低成本的高效鈣鈦礦太陽能電池的制備，具有良好的產業化前景。
【IPC分類】H01L51/44, H01L51/48, H01L51/42
【公開號】CN105655489
【申請號】
【發明人】楊麗軍, 趙曉沖, 楊盼, 王勁川
【申請人】中國工程物理研究院材料研究所
【公開日】2016年6月8日
【申請日】2016年4月15日