[发明专利]一种柔性大面积钙钛矿光伏器件及其制备方法

说明书

本发明公开了一种柔性大面积钙钛矿光伏器件及其制备方法，所述钙钛矿光伏器件从下到上依次设置为柔性PI衬底、透明导电阳极ITO层、PEDOT:PSS阳极缓冲层、钙钛矿活性层、PCBM电子缓冲层、Bphen空穴阻挡层、金属阴极。通过采用变温速热退两步法的处理方式，第一步使用低温结晶法抑制钙钛矿薄膜成核速率，第二步采用迅速升温法进行热退火处理提高钙钛矿薄膜结晶生长速率，同时实现了抑制成核速率、提高晶体生长速率两种目标。解决了无法在成膜和后续处理期间同时控制钙钛矿薄膜的成核速率和晶体生长这一技术难题。

技术领域

本发明属于柔性钙钛矿光伏器件或柔性钙钛矿薄膜太阳能电池领域，具体涉及一种柔性大面积钙钛矿光伏器件及其制备方法。

背景技术

随着经济社会的飞速发展，化石能源的开采量及消耗量与日俱增，而由此带来的化石能源储量骤减及环境污染这两大类问题也随之出现，基于此，开发利用新型清洁能源是当前世界各国的统一认知，也是人类社会进一步发展的必要举措。在这之中，开发利用太阳能光能受到了科研人员的广泛关注，作为一种可再生、完全绿色能源无污染，且储量无穷尽的日常资源，人类生活与太阳光能息息相关，因此，开发利用太阳能这一清洁能源也被视为是最有研究前景的新型能源研究之一，其中太阳能电池以其能够直接将太阳光能直接转换为电能特性，逐渐成为前沿热门研究领域。太阳能电池的发展由来已久，根据电池所用材料的更新来分类，可以简单的将太阳能电池分为第一代硅基半导体太阳能电池，第二代非晶硅无机半导体太阳能电池，第三代染料敏化、有机、钙钛矿等薄膜太阳能光伏电池，其中第一、二代太阳能电池因其制备成本高昂、生产过程中具有一定的环境污染性等因素，逐渐被第三代新型薄膜太阳能电池工艺取代，而在这其中，钙钛矿光伏电池以其成本低廉、能量转换效率高等特点，成为目前光伏领域研究的重中之重。

近年来，混合有机-无机金属卤化物钙钛矿半导体以其低成本、可柔性大面积制备，吸收强度高等特性广受研究人员关注，同时，小面积钙钛矿光伏电池的功率转换效率已超过许多成熟的薄膜光伏技术，因此混合有机-无机金属卤化物钙钛矿半导体光伏器件成为下一代薄膜光伏器件的商业化的有力候选者。然而，基于溶液法大规模制备钙钛矿层依旧充满挑战。目前，使用喷涂或印刷前体溶液，然后将其结晶成钙钛矿结构的方式制备钙钛矿层是研究人员通用的工艺方式，其中，现有技术制备钙钛矿光伏器件存在的最关键的技术难题是必须在成膜期间控制钙钛矿薄膜的成核速率，同时，在后续处理期间提高晶体生长速率，以便获得大面积、高质量的无针孔钙钛矿薄膜，基于此，如何提供一种有效的工艺方法，同时实现抑制成核速率、提高晶体生长速率两种目标，进而制备高质量钙钛矿薄膜成为该领域急需解决的一道难题。

发明内容

本发明所要解决的问题是：如何提供一种柔性大面积钙钛矿光伏器件及其制备方法，旨在提供一种简洁有效的处理工艺，解决大面积钙钛矿光伏器件中钙钛矿薄膜结晶性差，结晶颗粒尺寸小的问题，进而提高钙钛矿光伏器件性能，进一步地，该方法能够有效去除钙钛矿薄膜内部应力，增强钙钛矿薄膜柔韧性，进而为制备柔性高效钙钛矿光伏器件打下基础。

本发明的技术方案为：

一种柔性大面积钙钛矿光伏器件及其制备方法，从下到上依次为柔性PI衬底，透明导电阳极ITO层，PEDOT:PSS阳极缓冲层，钙钛矿活性层，PCBM电子缓冲层，Bphen空穴阻挡层，金属阴极；采用变温速热退火两步法的处理方式，第一步使用低温结晶法抑制钙钛矿薄膜成核速率，第二步采用迅速升温法，对低温基片进行热退火处理，以提高钙钛矿薄膜结晶生长速率。该方法有效结合环境低温对钙钛矿薄膜成核速率的抑制作用及牛顿冷却定律，能够制备高质量大尺寸晶粒钙钛矿薄膜，进一步的，变温速热法能够有效去除钙钛矿薄膜内部应力，提高钙钛矿薄膜机械柔韧性，进而制备大面积、柔性高效钙钛矿光伏器件。

作为优选，所述钙钛矿薄膜MAI和PbI2的混合溶液MAPbI3制备而成，厚度范围为500～1000nm；所述混合溶液中MAI和PbI2摩尔百分比为1:6～6:1。

作为优选，所述柔性PI衬底，耐受温度为300℃。