[发明专利]一种应用风刀涂布制备钙钛矿太阳能电池的方法

说明书

本发明公开了一种应用风刀涂布制备钙钛矿太阳能电池的方法。所述方法应用风刀涂布来制备高质量钙钛矿薄膜、电子传输材料薄膜和空穴传输材料薄膜。利用压缩气体进入风刀后形成的高强度气流薄膜，均匀涂布钙钛矿前驱体溶液，同时快速带走溶液中的溶剂成分，促进均匀地爆发式成核及生长，从而制备结晶性好、大范围内均一、平整、无缺陷、无孔洞的高质量钙钛矿薄膜。另外，所述方法可制备得到大面积、均匀、平整、无缺陷的高质量电子传输材料薄膜和空穴传输材料薄膜。所述制备方法操作简单，可操作性与可控性强，适合大面积钙钛矿薄膜太阳能电池的制备，因此在太阳能电池领域或其它科学领域具有巨大的潜在应用价值。

技术领域

本发明属于薄膜制备技术和太阳能电池技术领域，涉及溶液法制备大面积薄膜及其在钙钛矿太阳能电池中的应用，具体涉及一种应用风刀涂布制备钙钛矿太阳能电池的方法，特别是一种应用风刀涂布钙钛矿薄膜、电子传输材料薄膜及空穴传输材料薄膜、并以其分别作为吸光层、电子传输层和空穴传输层应用于钙钛矿太阳能电池的制备方法。

背景技术

目前，环境污染和化石能源的日益枯竭制约了人类社会的可持续发展。太阳能作为一种取之不尽用之不竭的可再生清洁能源，已在全球范围内得到广泛关注，成为人类社会解决环境和能源短缺问题的重要突破口。基于光生伏打效应的太阳能电池是实现太阳能转换成电能的有效单元。

近几年来，一种具有钙钛矿结构的有机-金属卤化物因其较强的光吸收能力和载流子传输能力引起了光伏界的极大关注。2009年,Miyasaka等人将甲胺插层的卤化铅作为染料敏化太阳能电池中的吸光材料,获得了3.8％的光电转换效率。经过七年的发展，目前实验室制备的小面积(0.1cm²)钙钛矿太阳能电池的认证效率已达到22.1％，大面积(1cm²)也已达到19.7％，表现出了巨大的应用潜力。

钙钛矿型材料典型结构分子式为ABX₃，应用于太阳能电池吸光层的材料中，A为CH₃NH₃⁺，CH₃CH₂NH₃⁺，NH₂CH＝NH₂⁺等，B为Pb²⁺、Sn²⁺等，X为卤素离子。钙钛矿薄膜作为钙钛矿太阳能电池中的光电转换材料，是电池的核心与关键，制备均匀致密的高质量钙钛矿薄膜，是提高器件整体性能的一个关键因素。

钙钛矿薄膜可以采用多种方法进行制备,较为常见的有一步溶液法(简称一步法)、两步溶液法(简称两步法)、双源蒸汽法以及溶液-气相沉积法等。其中，较为成熟的一步法和两步法都是基于旋涂工艺的成膜方法，然而旋涂法适用于实验室制备小面积器件，无法在工业生产中实现大面积制备和应用。气相法则需要很高的真空度，对设备要求高，能耗大，工艺制造成本高，因此也不适宜大规模的工业化生产。除了钙钛矿吸光层外，载流子传输层对器件性能也有着至关重要的影响。目前制备载流子传输层的常用方法使旋涂法，限制了大面积器件的组件。因此，开发一种成膜质量高、可控性强、低成本、可大规模生产的工艺对大规模生产太阳能电池组件有重大意义。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种基于风刀涂布来制备高质量钙钛矿层、电子传输层和空穴传输层的方法，并且将采用该方法制备得到的高质量钙钛矿薄膜、电子传输材料薄膜和空穴传输材料薄膜应用于高效率钙钛矿太阳能电池的吸光层、电子传输层和空穴传输层。采用该方法可以方便快速地制备高效率钙钛矿薄膜太阳能电池，提高钙钛矿太阳能电池面积，适合太阳能电池的大规模工业生产。

本发明首先提供一种有机无机复合钙钛矿薄膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)配制钙钛矿型材料的前驱体溶液；

(2)使用风刀涂布所述钙钛矿前驱体溶液制备钙钛矿前驱体薄膜；

(3)将所述钙钛矿前驱体薄膜在热台上进行退火，得到所述有机无机复合钙钛矿薄膜。