一种钙钛矿薄膜的差异化红外退火方法及其应用与流程

本申请涉及有机电固态器件，尤其涉及一种钙钛矿薄膜的差异化红外退火方法及其应用。

背景技术：

1、钙钛矿太阳能电池（pscs）因其高光电转换效率、低成本和可溶液法制备等优势，已成为第三代光伏技术的研究热点和产业化重点方向。当前，反式结构钙钛矿太阳能电池因其可兼得器件效率和稳定性而受到产业界极大关注，该类器件采用倒置结构，以透明导电基底为基底，依次逐层沉积空穴传输层、钙钛矿吸收层、电子传输层，最后覆盖金属电极。其中，氧化镍（nio）因其稳定的化学性质、合适的能级位置（价带顶约-5.4ev，与钙钛矿最高占据分子轨道能级匹配）和良好的空穴传输能力，被广泛用作反式结构钙钛矿太阳能电池的空穴传输材料。氟掺杂氧化锡（fto）因其高透过率、良好的导电性和适合大面积制备的工艺兼容性，已成为产业化反式结构钙钛矿太阳能电池的首选透明导电基底。因此，玻璃/fto/nio叠层构型已成为当前大面积钙钛矿产业化通用空穴传输基底方案。

2、在钙钛矿薄膜制备过程中，退火结晶过程是决定薄膜质量和器件性能的关键工序。涂覆后的钙钛矿湿膜中含有大量残余溶剂（dmf、nmp等），退火过程的核心任务是首先将溶剂从湿膜中驱除，形成固态骨架；其次诱导钙钛矿晶体从溶液中成核、生长，形成致密的多晶薄膜。这两个过程相互耦合、相互影响，溶剂逸出的速率和方向直接影响结晶的成核位置、生长方向和最终晶粒尺寸。

3、现有技术钙钛矿薄膜退火处理主要是采用传统热板退火（hpa）和近红外退火（nira）。然而，传统热板退火存在传热模式单一、大面积均匀性差、退火时间长、效率低等缺陷；对称红外退火未考虑上下灯管光学环境的本质差异，上方存在表层溶剂过热导致壳层效应的风险，下方未能利用fto/nio叠层的波长选择性吸收特性，加热效率低下，且无法在薄膜厚度方向构建垂直温度梯度，导致结晶方向不可控、纵向成分不均匀及埋底界面缺陷。

4、综上，对于以玻璃/fto/nio为衬底的反式结构钙钛矿太阳能电池，如何在nio空穴传输层上实现高质量钙钛矿薄膜的宏量制备，是获得高效稳定器件亟需解决的关键技术问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本申请提供了一种钙钛矿薄膜的差异化红外退火方法及其应用。本申请提供的差异化红外退火方法能获得纵向成分均匀、无壳层缺陷的大面积高质量钙钛矿薄膜。

2、本申请提供了一种钙钛矿薄膜的差异化红外退火方法，包括以下步骤：

3、a）在氟掺杂氧化锡玻璃基底表面形成氧化镍层；

4、b）在所述氧化镍层表面形成钙钛矿湿膜，对依次形成有氧化镍层和钙钛矿湿膜的氟掺杂氧化锡玻璃基底进行差异化红外退火处理，将所述钙钛矿湿膜转化为钙钛矿薄膜；

5、所述差异化红外退火处理具体为：

6、采用位于钙钛矿湿膜侧的第一红外辐射源和位于氟掺杂氧化锡玻璃基底侧的第二红外辐射源进行同步辐射退火；

7、所述第一红外辐射源的发射波段为800nm~1200nm，所述第二红外辐射源的发射波段为1100nm~1400nm；

8、所述第一红外辐射源与第二红外辐射源的功率密度比为1:1.5~3.0。

9、在一些具体的实现方式中，所述第一红外辐射源的主峰波长为1000nm~1050nm；

10、所述第二红外辐射源的主峰波长为1250nm~1300nm。

11、在一些具体的实现方式中，所述差异化红外退火处理的时间为20s~120s，温度为100℃~200℃。

12、在一些具体的实现方式中，所述氟掺杂氧化锡玻璃基底（fto玻璃）的膜层厚度为150nm~650nm；

13、所述氧化镍层的厚度为5nm~80nm。

14、在一些具体的实现方式中，所述钙钛矿薄膜的带隙范围为1.4ev~1.7ev。

15、在一些具体的实现方式中，所述钙钛矿薄膜的材料具有式（ⅰ）的原子比：

16、abx3（ⅰ）；

17、a选自甲脒离子、甲胺离子、铯离子和铷离子中的一种或多种；b选自铅离子、锡离子和锗离子中的一种或多种；x为卤素离子；

18、所述钙钛矿薄膜的厚度为450nm~600nm。

19、本申请还提供了一种钙钛矿薄膜，由上述任意一项技术方案所述的差异化红外退火方法制备得到。

20、本申请还提供了一种钙钛矿太阳能组件，包括：

21、氟掺杂氧化锡玻璃基底；

22、形成在所述氟掺杂氧化锡玻璃基底表面的氧化镍层；

23、形成在所述氧化镍层表面的钙钛矿薄膜；

24、形成在所述钙钛矿薄膜表面的电子传输层；

25、形成在所述电子传输层表面的背电极层。

26、所述钙钛矿薄膜由上述任意一项技术方案所述的差异化红外退火方法制备得到。

27、在一些具体的实现方式中，所述电子传输层包括富勒烯c60、sno2、tio2、[6,6]-苯基-c61-丁酸异甲酯和[6,6]-苯基-c71-丁酸异甲酯中的一种或多种；

28、所述电子传输层的厚度为5nm~60nm。

29、在一些具体的实现方式中，所述背电极层包括cu、ag、氧化铟锡、氧化铟锌、氟掺杂氧化锡和铝掺杂氧化锌中的一种或多种；

30、所述背电极层的厚度为80nm~220nm。

31、本申请还提供了一种用电设备，包括上述任意一项技术方案所述的钙钛矿太阳能组件。

32、本申请提供的钙钛矿薄膜的差异化红外退火方法以玻璃/fto/nio作为叠层结构，并在该叠层结构的nio层表面湿法制备钙钛矿湿膜；将玻璃/fto/nio/钙钛矿湿膜叠层结构进行差异化红外退火处理，将所述钙钛矿湿膜转化为钙钛矿薄膜。其中，所述差异化红外退火处理具体为：采用位于钙钛矿湿膜侧的第一红外辐射源和位于氟掺杂氧化锡玻璃基底侧的第二红外辐射源进行同步辐射退火；所述第一红外辐射源的发射波段为800nm~1200nm，所述第二红外辐射源的发射波段为1100nm~1400nm；所述第一红外辐射源与第二红外辐射源的功率密度比为1:1.5~3.0。本申请提供的钙钛矿薄膜的差异化红外退火方法最终可获得纵向成分均匀、无壳层缺陷的大面积高质量钙钛矿薄膜。实验数据表明，本申请制备得到的钙钛矿薄膜的晶粒自埋底界面贯穿至表面，呈垂直定向结晶形貌，无明显横向晶界，埋底界面致密几乎无孔洞；进一步地，将其应用于平米级的钙钛矿太阳能组件中，所述钙钛矿太阳能组件表现出最优光伏性能，效率达18.75%，填充因子高达0.70，串联电阻进一步降低至10.52ω，并联电阻提升至993.96ω。

1.一种钙钛矿薄膜的差异化红外退火方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的差异化红外退火方法，其特征在于，所述第一红外辐射源的主峰波长为1000nm~1050nm；

3.根据权利要求1所述的差异化红外退火方法，其特征在于，所述差异化红外退火处理的时间为20s~120s，温度为100℃~200℃。

4.根据权利要求1所述的差异化红外退火方法，其特征在于，所述氟掺杂氧化锡玻璃基底的膜层厚度为150nm~650nm；

5.根据权利要求1所述的差异化红外退火方法，其特征在于，所述钙钛矿薄膜的带隙范围为1.4ev~1.7ev。

6.根据权利要求5所述的差异化红外退火方法，其特征在于，所述钙钛矿薄膜的材料具有式（ⅰ）的原子比：

7.一种钙钛矿薄膜，其特征在于，由权利要求1~6任意一项所述的差异化红外退火方法制备得到。

8.一种钙钛矿太阳能组件，其特征在于，包括：

9.根据权利要求8所述的钙钛矿太阳能组件，其特征在于，所述电子传输层包括富勒烯c60、sno2、tio2、[6,6]-苯基-c61-丁酸异甲酯和[6,6]-苯基-c71-丁酸异甲酯中的一种或多种；

10.一种用电设备，其特征在于，包括权利要求8或9所述的钙钛矿太阳能组件。