钙钛矿薄膜及其制备方法和应用与流程

专利检索2026-07-24  5


本发明涉及光伏器件,特别是涉及一种钙钛矿薄膜及其制备方法和应用。


背景技术:

1、钙钛矿太阳能电池与晶体硅太阳能电池叠加形成叠层太阳能电池,能在成本增加甚微的情况下实现电池效率的极大提升。目前实验室采用蒸发法和溶液法配合的方案实现在大绒面金字塔上生长钙钛矿层,即第一步采用热蒸发制备无机层骨架(框架层),再使用溶液法引入有机盐发生反应形成钙钛矿层。

2、为了避免外部水汽的干扰,目前报道的方案都是在手套箱中制备,只适合实验室小面积使用,对于大面积生产,需将实验室小面积适用的旋涂方案需升级成为涂布方案,并且需改进工艺使得整个涂布过程可在具有一定湿度的空气中制备。当使用蒸发法和溶液法结合制备钙钛矿时,传统方案所采用溶剂都为容易吸水的醇类,在空气环境下易受水分影响,薄膜易吸水产生对形成的钙钛矿薄膜质量有影响;其次,溶剂易挥发,导致刮涂过程中,溶液前后的量不一致,导致前后的反应速度不一样,亟需改进。


技术实现思路

1、基于此,本发明的目的在于提供一种能够在空气中大面积制备优质和光电效率高的钙钛矿薄膜的方法,进而用于制备钙钛矿太阳能电池和叠层太阳能电池。

2、技术方案如下:

3、一种钙钛矿薄膜的制备方法,包括如下步骤:

4、沉积框架层;

5、通过溶液法引入反应源与所述框架层发生反应形成所述钙钛矿薄膜,其中,所述溶液法所采用的溶剂为极性低于乙醇且沸点高于乙醇的醇类溶剂。

6、在其中一些实施方式中,所述醇类溶剂选自正丁醇、异丁醇、仲丁醇、叔丁醇、1-戊醇、2-戊醇和3-戊醇中的一种或多种。

7、在其中一些实施方式中,所述反应源选自碘化甲脒、溴化甲脒、氯化甲胺和硫氰酸化甲胺中的一种或多种。

8、在其中一些实施方式中,所述醇类溶剂和所述反应源的质量比为10:(0.5~2)。

9、在其中一些实施方式中,所述醇类溶剂和所述反应源的质量比为10:0.95。

10、在其中一些实施方式中,通过溶液法引入反应源与所述框架层发生反应形成所述钙钛矿薄膜包括如下步骤:

11、配制包含所述反应源和所述醇类溶剂的溶液;

12、将所述溶液涂布在所述框架层上;

13、通过退火处理使所述反应源和所述框架层发生奥斯特瓦尔德熟化反应制备钙钛矿薄膜。

14、在其中一些实施方式中,涂布速度为5mm/s~40mm/s,溶液量为30μl~80μl,刮刀高度为200μm~400μm,气刀压强大小为0.1mpa~0.5mpa,涂布温度为10℃~40℃。

15、在其中一些实施方式中,退火处理的温度为100℃~160℃,时间为10min~60min,湿度为30%~40%。

16、在其中一些实施方式中,所述钙钛矿薄膜的厚度为200nm~800nm。

17、在其中一些实施方式中,所述钙钛矿薄膜的厚度为600nm。

18、在其中一些实施方式中,所述框架层的材料选自碘化铅、溴化铅、氯化铅、碘化铯、溴化铯和氯化铯中的一种或多种。

19、在其中一些实施方式中,所述框架层的厚度为100nm~600nm。

20、在其中一些实施方式中,所述框架层的厚度为400nm。

21、在其中一些实施方式中,通过溶液法或热蒸发法沉积所述框架层。

22、在其中一些实施方式中,通过溶液法沉积所述框架层包括如下步骤:

23、将含框架层材料的溶液涂布在玻璃衬底或者硅衬底的表面上,干燥除去溶剂。

24、在其中一些实施方式中,通过溶液法沉积所述框架层包括如下步骤:

25、将玻璃衬底或硅衬底放置在刮涂仪上;

26、将含框架层材料的溶液加在衬底和刮刀之间,将溶液涂布在玻璃或硅衬底上。

27、在其中一些实施方式中,通过热蒸发法沉积所述框架层包括如下步骤:

28、玻璃衬底或者硅衬底与框架层材料置于同一密闭空间,加热,使框架层材料气化,沉积在所述玻璃衬底或者硅衬底的表面上。

29、在其中一些实施方式中,通过热蒸发法沉积所述框架层包括如下步骤:

30、将玻璃衬底或硅衬底放置在载物盘上;

31、将载物盘放进热蒸发仪器的卡槽中;

32、在石英坩埚中添加框架层的材料;

33、加热石英坩埚,在玻璃衬底或者硅衬底上沉积框架层。

34、本发明还提供一种钙钛矿薄膜,其是根据如上所述的钙钛矿薄膜的制备方法制得。

35、本发明还提供一种钙钛矿太阳能电池,其包括如上所述的钙钛矿薄膜。

36、本发明还提供一种叠层太阳能电池,其包括如上所述的钙钛矿薄膜。

37、本发明还提供一种光伏组件,其包括如上所述的钙钛矿太阳能电池或叠层太阳能电池。

38、本发明至少具有如下有益效果:

39、本发明提供的钙钛矿薄膜的制备方法,包括:沉积框架层,以及通过溶液法引入反应源与所述框架层发生反应形成所述钙钛矿薄膜的步骤,其中,所述溶液法所采用的溶剂极性低于乙醇且沸点高于乙醇的醇类溶剂。极性小于乙醇的醇类溶剂疏水,减少了水分的干扰;沸点高于乙醇的溶剂,刮涂前后溶液的量一致性好,前后反应速度一致,因此能够实现在空气中大面积制备质量和效率高的钙钛矿薄膜,进而用于制备大面积钙钛矿太阳能电池,或者叠层太阳能电池,如晶硅/钙钛矿叠层电池,进一步提升电池转换效率和开路电压以及填充因子。另外,本发明提供的钙钛矿薄膜的制备方法工艺简单,成本低廉,适合产业化。



技术特征:

1.一种钙钛矿薄膜的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:

2.根据权利要求1所述的钙钛矿薄膜的制备方法,其特征在于,所述醇类溶剂选自正丁醇、异丁醇、仲丁醇、叔丁醇、1-戊醇、2-戊醇和3-戊醇中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的钙钛矿薄膜的制备方法,其特征在于,满足如下(1)~(2)中的至少一项:

4.根据权利要求1所述的钙钛矿薄膜的制备方法,其特征在于,通过溶液法引入反应源与所述框架层发生反应形成所述钙钛矿薄膜包括如下步骤:

5.根据权利要求4所述的钙钛矿薄膜的制备方法,其特征在于,满足如下(1)~(3)中的至少一项:

6.根据权利要求1至5任一项所述的钙钛矿薄膜的制备方法,其特征在于,满足如下(1)~(2)中的至少一项:

7.根据权利要求1至5任一项所述的钙钛矿薄膜的制备方法,其特征在于,所述钙钛矿薄膜的厚度为200nm~800nm。

8.根据权利要求1至5任一项所述的钙钛矿薄膜的制备方法,其特征在于,通过溶液法或热蒸发法沉积所述框架层。

9.一种钙钛矿薄膜,其特征在于,根据权利要求1至8任一项所述的钙钛矿薄膜的制备方法制得。

10.一种钙钛矿太阳能电池,其特征在于,包括权利要求9所述的钙钛矿薄膜。

11.一种叠层太阳能电池,其特征在于,包括权利要求9所述的钙钛矿薄膜。

12.一种光伏组件,其特征在于,包括权利要求10所述的钙钛矿太阳能电池,或权利要求11所述的叠层太阳能电池。


技术总结
本发明涉及一种钙钛矿薄膜及其制备方法和应用。该钙钛矿薄膜的制备方法包括如下步骤:沉积框架层;通过溶液法引入反应源与所述框架层发生反应形成所述钙钛矿薄膜,其中,所述溶液法所采用的溶剂为极性低于乙醇且沸点高于乙醇的醇类溶剂。该方法能够在空气中大面积制备优质和光电效率高的钙钛矿薄膜,进而用于制备钙钛矿太阳能电池和叠层太阳能电池,进一步提升电池转换效率和开路电压以及填充因子,工艺简单,成本低廉,适合产业化。

技术研发人员:谭海仁,夏锐,郑循天,李红江,张学玲,陈奕峰,冯志强
受保护的技术使用者:天合光能股份有限公司
技术研发日:
技术公布日:2024/5/29
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