[发明专利]凝胶、其形成方法、光伏器件及其形成方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2015年2月6日提交的新加坡专利申请号10201500940Q的优先权权益，该申请的内容出于所有目的以引用方式全部并入本文。

技术领域

各种实施例涉及一种凝胶、一种形成凝胶的方法、一种光伏器件和一种形成光伏器件的方法。

背景技术

由于其良好的电学和光学性质以及其溶液的可处理性，无机-有机的卤化铅钙钛矿作为光伏器件材料已获得了极大的关注。据报道，17％以上的高功率转换效率(η)，其相当于由硅、铜铟镓硒(CIGS)或碲化镉(CdTe)制成的商业化太阳能电池的转换效率。

通常，钙钛矿结构由角-角连接的MX₆八面体的三维网络组成，其中M(金属)阳离子位于八面体的中心，并且X(C1、Br、I)位于M周围的角部。无机-有机混合钙钛矿的通式为AMX₃，其中A可为有机或无机离子，M可为金属阳离子或元素，并且X可为卤素阴离子或元素。钙钛矿作为基于钙钛矿的太阳能电池器件中的敏化剂。

一般来讲，无机-有机异质结中型太阳能器件通常由作为空穴阻挡层(bl.)的紧凑金属氧化物层(例如，二氧化钛TiO₂)、作为光阳极的纳米晶体金属二氧化物(例如，介孔TiO₂)、作为光吸收体的有机金属卤化物钙钛矿(例如，CH₃NH₃PbI₂)、作为空穴传输材料(HTM)的p型材料(例如，螺环)和作为反电极(CE)的贵金属膜(例如，Au)构成。基于钙钛矿敏化剂的太阳能电池器件180的实例在图1中示出。太阳能电池器件180包括基板(例如，玻璃)叠堆结构181、氟掺杂氧化锡(FTO)层182、二氧化钛(TiO₂)层184(例如，作为空穴阻挡层(bl))、钙钛矿(例如，CH₃NH₃PbI₂或CH₃NH₃Pbl_3-xCl_x)层186、空穴传输材料(HTM)(未示出)和作为反电极(CE)的贵金属膜(例如，Au)188。器件结构为FTO/bl/金属氧化物层/钙钛矿/HTM/贵金属膜。

作为制造技术，钙钛矿层利用单步骤或双步骤沉积方法来沉积。单步骤沉积方法涉及将钙钛矿敏化剂直接旋涂于介孔金属氧化物层(例如，TiO₂)上。双步骤过程涉及金属卤化物层(例如，碘化铅(II)，PbI₂)的旋涂、含有PbI₂的TiO₂介孔层的渗入，和随后浸渍于CH₃NH₃I(甲基碘化铵)中，这导致原位转换成CH₃NH₃PbI₃(碘化铅甲胺)。

然而，对于大面积生产来说，仍存在主要障碍。迄今为止，采用上文所描述的过程，所展示的高效率钙钛矿太阳能电池已以较小规模(至多0.2cm²)制造。旋涂过程在研发(R&D)中为极普遍使用的技术。然而，当考虑到大面积的材料使用和涂布时，旋涂工艺达到了其极限。该领域的快速发展使其成为迄今为止最有效的溶液法太阳能电池。为提高基于钙钛矿的太阳能电池技术，需开发并采用大规模制造工艺，诸如印刷。

发明内容

根据一实施例，提供了一种凝胶。该凝胶具有包括卤化物钙钛矿材料和粘土的组分。

根据一实施例，提供了一种形成凝胶的方法。该方法包括提供卤化物钙钛矿材料，提供粘土，和将卤化物钙钛矿材料和粘土混合在一起以形成凝胶。

根据一实施例，提供了一种光伏器件。该光伏器件包括基板和基板上的钙钛矿层，其中钙钛矿层由本文所描述的凝胶制成，将该凝胶进行热处理以形成钙钛矿层。

根据一实施例，提供了一种形成光伏器件的方法。该方法包括将本文所描述的凝胶施加于基板上，和对凝胶执行热处理以在基板上形成钙钛矿层。

附图简述

在附图中，相同的附图标记通常指所有不同视图中的相同部分。附图不一定按比例绘制，而是通常着重于说明本发明的原理。在下文中，本发明的各种实施例参考下述附图进行描述，其中：

图1示出了基于钙钛矿敏化剂的太阳能电池器件的结构。

图2A根据各种实施例示出了凝胶的示意性俯视图。