一種基于噴涂工藝制備大面積鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及太陽(yáng)能電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于噴涂工藝制備大面積鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，由于有機(jī)-金屬鹵化物(CH3NH3PbX3)具有類(lèi)似鈦酸鈣(ABX3)的晶體結(jié)構(gòu)，具有優(yōu)異的光吸收能力、可觀的雙極性載流子迀移率、超長(zhǎng)電子-空穴擴(kuò)散長(zhǎng)度，并且可以通過(guò)調(diào)節(jié)材料組分來(lái)調(diào)節(jié)其帶隙寬度，被認(rèn)為是一種極具應(yīng)用前景的光伏材料。
[0003]鈣鈦礦太陽(yáng)能電池是以具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的有機(jī)-金屬鹵化物(CH3NH3PbX3)作為核心光吸收、光電轉(zhuǎn)換、光生載流子輸運(yùn)材料的太陽(yáng)能電池。鈣鈦礦型有機(jī)-金屬鹵化物(CH3NH3PbX3)具有優(yōu)異的光吸收能力、可觀的雙極性載流子迀移率、超長(zhǎng)電子-空穴擴(kuò)散長(zhǎng)度，能高效吸收從可見(jiàn)光到波長(zhǎng)800nm的廣譜光，具有很高的光電轉(zhuǎn)換效率，它已然成為當(dāng)今光伏領(lǐng)域內(nèi)最重要的研究熱點(diǎn)之一。
[0004]同時(shí)，具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的有機(jī)-金屬齒化物(CH3NH3PbX3)還具有自組裝的特性，合成簡(jiǎn)易，適合采用溶液法制備鈣鈦礦薄膜。在實(shí)際研究中，旋涂法因其成膜質(zhì)量較高，成膜厚度、內(nèi)部結(jié)構(gòu)及表面形貌性能較好，便于控制，且可重復(fù)性好等特點(diǎn)，目前在實(shí)驗(yàn)室研究領(lǐng)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(guò)300mm)，而且材料浪費(fèi)率高，無(wú)法應(yīng)用于大面積器件的制備，因而限制了鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為克服現(xiàn)有技術(shù)中的上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種基于噴涂工藝制備大面積鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的方法，通過(guò)調(diào)整噴涂工藝參數(shù)，實(shí)現(xiàn)大面積鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的制備，制備方法簡(jiǎn)單易行，具有良好的產(chǎn)業(yè)化前景。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
一種基于噴涂工藝制備大面積鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的方法，包括以下步驟:
(1)將透明導(dǎo)電基底置于載物臺(tái)上，噴涂T12溶液，制備得到20nm厚度電子傳輸層；
(2)采用連續(xù)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(jié)束后將其置于加熱臺(tái)上，在70?90°C條件下加熱30min;然后繼續(xù)噴涂濃度為10_50mg/mL的CH3NH3I溶液，噴涂結(jié)束后再次置于加熱臺(tái)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(dǎo)層；
(4)在空穴傳導(dǎo)層上噴涂銀納米線(xiàn)的醇溶液或者石墨稀，制備得到80-200nm厚度的對(duì)電極，如此制得鈣鈦礦太陽(yáng)能電池。
[0007]優(yōu)選地，所述透明導(dǎo)電基底為FTO玻璃基板。
[0008]進(jìn)一步地，在電子傳輸層、鈣鈦礦光吸收層、空穴傳導(dǎo)層、以及對(duì)電極的噴涂過(guò)程中，F(xiàn)T0玻璃基板均吸附于載物臺(tái)上，并保持勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0009]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
(I)本發(fā)明采用噴涂法制備鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，通過(guò)調(diào)整噴涂工藝參數(shù)，實(shí)現(xiàn)大面積鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的制備，該制備方法簡(jiǎn)單易行，具有良好的產(chǎn)業(yè)化前景。
[0010](2)本發(fā)明在鈣鈦礦光吸收層的制備過(guò)程中，先噴涂PbI2層，加熱后再?lài)娡緾H3NH3I層，采用分步溶液噴涂法，確保膜層具有良好的可重復(fù)性和可控性，并且可以根據(jù)需要控制光吸收層的厚度。
[0011](3)本發(fā)明在鈣鈦礦光吸收層制備完成后，采用異丙醇進(jìn)行清洗，洗去未反應(yīng)完全的碘甲胺(CH3NH3I),以免未反應(yīng)完全的碘甲胺增加界面電阻。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1為本發(fā)明制備的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]附圖中的各標(biāo)號(hào)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(dǎo)層，5-對(duì)電極。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，本發(fā)明的實(shí)施方式包括但不限于下列實(shí)施例。
[0015]實(shí)施例1
如圖1所示，將FTO玻璃基板置于載物臺(tái)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(tái)上加熱至70°C，加熱30min，制備得到PbI2薄膜;然后繼續(xù)噴涂濃度為20 mg/mL的CH3NH3I溶液，置于加熱臺(tái)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(dǎo)層;最后噴涂銀納米線(xiàn)/石墨稀的醇溶液，并在100 °C下加熱5min，制備得到10nm的對(duì)電極，如此制得鈣鈦礦太陽(yáng)能電池;在噴涂過(guò)程中FTO玻璃基板吸附于載物臺(tái)上并保持勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，確保涂層均勻平整。
[0016]實(shí)施例2
將FTO玻璃基板置于載物臺(tái)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(tái)上加熱至80°C，加熱30min，制備得到PbI2薄膜;然后繼續(xù)噴涂濃度為40 mg/mL的CH3NH3I溶液，置于加熱臺(tái)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(dǎo)層;最后噴涂銀納米線(xiàn)/石墨稀的醇溶液，并在100°C下加熱5min，制備得到10nm的對(duì)電極，如此制得鈣鈦礦太陽(yáng)能電池;在噴涂過(guò)程中FTO玻璃基板吸附于載物臺(tái)上并保持勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，確保涂層均勻平整。
[0017]實(shí)施例3
將FTO玻璃基板置于載物臺(tái)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(tái)上加熱至90°C，加熱30min，制備得到PbI2薄膜;然后繼續(xù)噴涂濃度為50 mg/mL的CH3NH31溶液，置于加熱臺(tái)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(dǎo)層;最后噴涂石墨稀，并在100 0C下加熱5min，制備得到150nm的對(duì)電極，如此制得|丐鈦礦太陽(yáng)能電池;在噴涂過(guò)程中FTO玻璃基板吸附于載物臺(tái)上并保持勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，確保涂層均勻平整。
[0018]通過(guò)調(diào)整噴涂工藝參數(shù)，實(shí)現(xiàn)可大面積鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的制備，該制備方法簡(jiǎn)單易行，能夠?qū)崿F(xiàn)低成本的高效鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的制備，具有良好的產(chǎn)業(yè)化前景。
[0019]上述實(shí)施例僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，但凡采用本發(fā)明的設(shè)計(jì)原理，以及在此基礎(chǔ)上進(jìn)行非創(chuàng)造性勞動(dòng)而作出的變化，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于噴涂工藝制備大面積鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)將透明導(dǎo)電基底置于載物臺(tái)上，噴涂T12溶液，制備得到20nm厚度電子傳輸層； (2)采用連續(xù)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(jié)束后將其置于加熱臺(tái)上，在70?90°C條件下加熱30min;然后繼續(xù)噴涂濃度為10_50mg/mL的CH3NH3I溶液，噴涂結(jié)束后再次置于加熱臺(tái)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(dǎo)層； (4)在空穴傳導(dǎo)層上噴涂銀納米線(xiàn)的醇溶液或者石墨稀，制備得到80-200nm厚度的對(duì)電極，如此制得鈣鈦礦太陽(yáng)能電池。2.根據(jù)權(quán)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(yáng)能電池的方法，其特征在于，所述透明導(dǎo)電基底為FTO玻璃基板。3.根據(jù)權(quán)利要求1?2任一項(xiàng)所述的一種基于噴涂工藝制備大面積鈣鈦礦太陽(yáng)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(dǎo)層、以及對(duì)電極的噴涂過(guò)程中，F(xiàn)T0玻璃基板均吸附于載物臺(tái)上，并保持勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于噴涂工藝制備大面積鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的方法：首先將透明導(dǎo)電基底置于載物臺(tái)上，噴涂電子傳輸層；之后采用連續(xù)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(xù)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(dǎo)層；最后噴涂銀納米線(xiàn)/石墨烯制備對(duì)電極。本發(fā)明通過(guò)調(diào)整噴涂工藝參數(shù)，實(shí)現(xiàn)大面積鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的制備，制備方法簡(jiǎn)單易行，能夠?qū)崿F(xiàn)低成本的高效鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的制備，具有良好的產(chǎn)業(yè)化前景。
【IPC分類(lèi)】H01L51/44, H01L51/48, H01L51/42
【公開(kāi)號(hào)】CN105655489
【申請(qǐng)?zhí)枴?br>【發(fā)明人】楊麗軍, 趙曉沖, 楊盼, 王勁川
【申請(qǐng)人】中國(guó)工程物理研究院材料研究所
【公開(kāi)日】2016年6月8日
【申請(qǐng)日】2016年4月15日