一种柔性钙钛矿太阳能电池的制备方法与流程

1.本发明涉及太阳能电池的制备方法领域，特别是一种柔性钙钛矿太阳能电池的制备方法。


背景技术：

2.第一代太阳能电池由硅制成，在目前的太阳能光电市场中占有最大的份额，约占全球销 售的太阳能电池板的80％以上。并分为单晶硅太阳能电池，多晶硅太阳能电池。由单晶硅制 备的太阳能电池已经获得了长足的发展，它的结构和工艺已经成熟，在从空间技术到屋顶太 阳能中均有应用。然而，生长大的纯硅晶体是一个困难且非常耗能的工艺，因此这种类型的 面板的生产成本在历史上是所有太阳能电池板类型中最高的，并且占到太阳能电池生产中所 有成本的一半。不仅能耗比较高，在单晶硅的生产过程中伴随着大量的污染。因此，从20世 纪80年代开始，很多国家开始转向发展多晶硅太阳能电池。其制造工艺与前者相类似，但是 多晶硅太阳能电池的制造中，晶体的生长条件不需要严格的控制，因此它比单晶硅太阳能电 池成本低，但是它们效率也比单晶硅太阳能电池低。
3.第二代太阳能电池也被称作薄膜太阳能电池，其半导体材料可以通过多种制备方法在基 底上形成很薄的沉积层，用料较第一代太阳能电池电池少。其基底可以为金属、玻璃，甚至 塑料，打开了柔性太阳能电池发展的可能性。基本上分为非晶硅薄膜太阳能电池，包括砷化 镓、碲化镉、硫化镉和铜铟镓硒等为半导体材料的薄膜太阳能电池，以及聚合物薄膜太阳能 电池[11]。其中，非晶硅太阳能电池虽然可以制备成柔性器件，但是非晶硅的的禁带宽度与太 阳光谱不匹配，导致其效率不够高。多元化合物太阳能电池虽然能够取得比较高的效率，但 是其生产成本和原料依然是限制其大规模商业化应用的问题。基于p3ht聚合物太阳能电池 在近些年受到了一定研究，其效率还不能与上述几种电池竞争，有待进一步发展。
[0004]
第三代太阳能电池是主要包括染料敏化太阳能电池、有机太阳能电池和钙钛矿太阳能电 池和叠层太阳能电池。染料敏化太阳能电池颜色可调，即可以改变吸收太阳光的区间，但同 时面临着液态电解液泄露导致的长期使用不稳定的问题，而且转换效率也并不突出。有机太 阳能电池的研究在柔性器件方向迈出了巨大的一步，并将大面积涂布、印刷等工艺可以应用 到电池的制备中，发展出大面积柔性有机太阳能电池。在多种第三点太阳能电池中，钙钛矿 电池以其成本低廉、发展迅速，成为太阳能电池发展的亮点。以染料敏化和有机太阳能电池 为基础，不仅效率超过了20％，而且在柔性器件和大面积工艺上均表现出很大的发展潜力。
[0005]
因此，需要对哦柔性钙钛矿太阳能电池的制备方法进行进一步的改进。


技术实现要素：

[0006]
本发明的目的在于提供一种柔性钙钛矿太阳能电池的制备方法，能够提高柔性太阳能电 池的稳定性。
[0007]
为达到上述发明的目的，提供了一种柔性钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
[0008]
s1：ito导电玻璃的处理：首先将ito导电玻璃切割成18*25mm大小，然后利用防腐 蚀胶带将需要保留ito的部分遮挡住，留出的区域方便对ito进行刻蚀；
[0009]
然后在留出的区域撒上锌粉，并加入1mol/l的稀盐酸进行反应，刻蚀掉此部分ito，之 后通过大量水清洗基板并撕去胶带；之后，利用玻璃清洗液、蒸馏水、工业酒精分别超声处 理5min，并用无水乙醇、丙酮分别超声处理20min；然后氮气喷枪将其吹干后，进行30min 的紫外臭氧处理备用；
[0010]
s2：niox薄膜的制备；
[0011]
无掺杂niox前驱体的配制：用电子天平称取1mmol的ni(no3)2
·
6h2o，然后加入60m l的乙二醇甲醚将其溶解，利用磁力搅拌器搅拌6h；
[0012]
掺杂5％、10％、15％mg的niox前驱体的配制：将ni(no3)2
·
6h2o和mg(no3)2
·
6h2 o分别按照摩尔比0.95:0.05、0.90:0.10、0.85:0.15混合，然后加入60ml的乙二醇甲醚和10 μl的乙酰丙酮将其溶解，利用磁力搅拌器搅拌6h；
[0013]
将处理过的ito导电玻璃放到加热台上，通过20min将温度从室温升至300度，将上述 前驱液倒入喷笔中进行的喷涂；
[0014]
过程中，使其均匀喷涂在15
×
10cm2的区域内，保持喷笔与基板约15cm的距离，并控制 气压在0.2mpa；然后于300度保温40min，从而得到无掺杂和mg:niox薄膜；
[0015]
s2：钙钛矿层的制备，称取1.5767g的pbi2和0.5436g的ch3nh3i，然后溶解于1.8ml 的dmf和0.35ml的dmso混合溶剂里，室温搅拌至完全溶解，得到mapbi3钙钛矿溶液； 然后将其覆盖在步骤(2)中得到无掺杂和mg:niox薄膜上，以6000rpm的转速进行旋涂， 并利用1ml的无水乙醚进行萃取，旋涂30s后，在100度下加热10min后得到钙钛矿薄膜；
[0016]
s4：电子传输层pcbm的制备：将pcbm粉末按照20mg/ml溶解在氯苯溶液中，在45 度下加热搅拌2h至其完全溶解；然后在钙钛矿薄膜上，以4500rpm的转速旋涂，然后在70 度下加热10min后得到pcbm薄膜；
[0017]
s5：缓冲层bcp的制备：称取一定量的bcp粉末，将其溶解在甲醇溶液中形成饱和溶 液，搅拌24h后静置待用；取上层澄清溶液，逐滴滴到转速达到6000rpm的pcbm薄膜上， 然后在70度下加热10min后得到bcp薄膜；
[0018]
s6：ag电极的制备：通过蒸发镀膜仪，在bcp层上制备厚度为80nm的ag电极。
[0019]
本发明一种柔性钙钛矿太阳能电池的制备方法跟现有技术相比具有以下优点：
[0020]
柔性器件可以在长时间的持续光照和高湿度条件下保有较高的稳定性。说明封装后的柔 性器件可以有效防止外界环境对电池的侵蚀，从而保证柔性器件长期的物理化学稳定性。
具体实施方式
[0021]
以下结合具体实施例，对本发明做进一步说明。
[0022]
一种柔性钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
[0023]
(1)ito导电玻璃的处理：首先将ito导电玻璃切割成18*25mm大小，然后利用防腐蚀 胶带将需要保留ito的部分遮挡住，留出的区域方便对ito进行刻蚀。
[0024]
然后在留出的区域撒上锌粉，并加入1mol/l的稀盐酸进行反应，刻蚀掉此部分ito，之 后通过大量水清洗基板并撕去胶带。之后，利用玻璃清洗液、蒸馏水、工业酒精分别超声处 理5min，并用无水乙醇、丙酮分别超声处理20min。然后氮气喷枪将其吹干后，进行30min 的紫外臭氧处理备用。
[0025]
(2)niox薄膜的制备；
[0026]
无掺杂niox前驱体的配制：用电子天平称取1mmol的ni(no3)2
·
6h2o(0.2908g)，然 后加入60ml的乙二醇甲醚将其溶解，利用磁力搅拌器搅拌6h。
[0027]
掺杂5％、10％、15％mg的niox前驱体的配制：将ni(no3)2
·
6h2o和mg(no3)2
·
6h2 o分别按照摩尔比0.95:0.05、0.90:0.10、0.85:0.15混合，然后加入60ml的乙二醇甲醚和10 μl的乙酰丙酮将其溶解，利用磁力搅拌器搅拌6h。
[0028]
将处理过的ito导电玻璃放到加热台上，通过20min将温度从室温升至300度，将上述 前驱液倒入喷笔中进行的喷涂。温度通过前文中提到的燃烧法制备机理设定。
[0029]
过程中，使其均匀喷涂在15
×
10cm2的区域内，保持喷笔与基板约15cm的距离，并控制 气压在0.2mpa。然后于300度保温40min，从而得到无掺杂和mg:niox薄膜。
[0030]
(3)钙钛矿层的制备，称取1.5767g的pbi2和0.5436g的ch3nh3i，然后溶解于1.8ml 的dmf和0.35ml的dmso混合溶剂里，室温搅拌至完全溶解，得到mapbi3钙钛矿溶液。 然后将其覆盖在步骤(2)中得到无掺杂和mg:niox薄膜上，以6000rpm的转速进行旋涂， 并利用1ml的无水乙醚进行萃取，旋涂30s后，在100度下加热10min后得到钙钛矿薄膜。
[0031]
(4)电子传输层pcbm的制备：将pcbm粉末按照20mg/ml溶解在氯苯溶液中，在45 度下加热搅拌2h至其完全溶解。然后在钙钛矿薄膜上，以4500rpm的转速旋涂，然后在70 度下加热10min后得到pcbm薄膜。
[0032]
(5)缓冲层bcp的制备：称取一定量的bcp粉末，将其溶解在甲醇溶液中形成饱和溶 液，搅拌24h后静置待用。取上层澄清溶液，逐滴滴到转速达到6000rpm的pcbm薄膜上， 然后在70度下加热10min后得到bcp薄膜。
[0033]
(6)ag电极的制备：通过蒸发镀膜仪，在bcp层上制备厚度为80nm的ag电极。
[0034]
mica/ito柔性衬底相较于普通柔性衬底的光学透过率，和耐热性，然后通过一步法制备 了钙钛矿薄膜，并通过afm和稳态瞬态荧光测试探究了其成膜情况。然后，基于mica/ito 柔性衬底和glass/ito刚性衬底，基于ito/mg:niox/mapbi3/pcbm/bcp/ag的器件结构制备 了反式平面钙钛矿太阳能电池，并对其进行了j-v测试，对柔性器件进行了弯折性型。接着， 通过对柔性器件利用云母片进行双面封装，对封装和未封装器件进行了光照和湿度稳定性测 试。得到的主要结论如下：
[0035]
(1)相较于常用的塑料柔性衬底，mica/ito柔性衬底具有优于pen/ito的光学透过率。 且具有良好的耐温性，是十分优秀的柔性钙钛矿太阳能电池衬底。
[0036]
(2)基于mica/ito和glass/ito的钙钛矿薄膜可以表现出相似但是略差的电荷动力学性 质，且基于mica/ito的钙钛矿薄膜的粗糙度略大。
[0037]
(3)基于mica/ito和glass/ito的反式平面钙钛矿太阳能电池可以表现出相似但是略差 的光电转化效率。其原因可以归结于mica/ito的光学透过率略差于glass/ito。
[0038]
(4)通过以15mm的曲率半径，对柔性器件进行500次的弯折性测试，器件仍能保持原 有84％的效率。通过对柔性器件进行封装后，器件可以在长时间的持续光照和高湿度条
件下 保有较高的稳定性。说明正反双面的云母片封装可以有效的外界环境对电池的侵蚀，从而保 证柔性器件长期的物理化学稳定性。
[0039]
在本说明书的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、
ꢀ“
厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺 时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本 专利的技术方案和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以 特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利申请的限制。
[0040]
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者 隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含 地包括至少一个该特征。在本专利申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三 个等，除非另有明确具体的限定。
[0041]
在本说明书中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术 语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连 接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内 部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而 言，可以根据具体情况理解上述术语在本说明书中的具体含义。
[0042]
在本说明书中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第 一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二 特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特 征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在 第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0043]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或
ꢀ“
一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本 发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是 相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实 施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将 本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0044]
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的， 不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进 行变化、修改、替换和变型。