薄膜晶硅钙钛矿异质结太阳电池及其制备方法_3

文档序号:9473004阅读:来源:国知局
底上的P型薄膜晶硅空穴传输层:
[0061]以背面镀有一层耐腐蚀金属的P型单晶硅片作为阳极,以铂作为阴极,在体积比氢氟酸:无水乙醇=I: I的氢氟酸乙醇溶液中,通以大小为IA的电流进行阳极氧化,通过电化学法腐蚀P型单晶硅片,在单晶硅片表面形成多孔硅结构,然后将该形成多孔硅结构的单晶硅片在H2气氛下200°C至550°C退火,退火过程中该单晶硅片表层小孔隙率层的孔洞会逐渐闭合形成准单晶层作为外延器件的模板,利用低压力化学气相沉积法在该准单晶层上外延成为P型薄膜晶硅薄膜,将所形成的P型晶硅薄膜从单晶硅片上转移到以玻璃为基底的AZO透明氧化物导电层构成的透明导电基底上,由此制备成在透明导电基底上的P型薄膜晶硅空穴传输层;
[0062]第二步,在P型薄膜晶硅空穴传输层上旋涂钙钛矿光吸收层:
[0063]在上述第一步制得的在以玻璃为基底的AZO透明氧化物导电层构成的透明导电基底上的P型薄膜晶硅空穴传输层上旋涂钙钛矿光吸收层,采用以下步骤:
[0064]A.单一旋涂法:
[0065]A-1.CH3NH3Cl 的制备:
[0066]制备CH3NH3Cl的原料是质量百分比浓度为33%的甲胺乙醇溶液和质量百分比浓度为57%的氯化氢溶液,按体积比为质量百分比浓度为33%的甲胺乙醇溶液:质量百分比浓度为57%的氯化氢溶液=2: 1,将这两种溶液混合后放入到250mL的圆底烧瓶内,在(TC下,用恒温磁力搅拌器不停搅拌1.5h,搅拌完毕后利用旋转蒸发仪在50°C下通过旋转蒸发去除溶剂,将获得的白色固体用乙醚清洗三次,具体清洗步骤为:先将前述获得的白色固体重新全部溶解在乙醇中,再不断地添加干乙醚析出沉淀物,此过程重复两次,最后将得到的白色固体放入到真空干燥箱中,在60°C和真空度为5X 14Pa的条件下干燥24h,制得CH3NH3Cl ;
[0067]A-2.成分为CH3NH3PbCl3的钙钛矿前驱溶液的制备:
[0068]将摩尔比为质量百分比为99.999%的PbCl2:上述A-1步制得的CH3NH3Cl = 1:3混合,并溶解在质量百分比纯度为99.9%的N,N-二甲基甲酰胺中得到溶液A-2,其中PbCl2的浓度为0.5M,CH3NH3Cl的浓度为1M,在室温下,将上述溶液A-2用磁力搅拌器搅拌12h,制得成分为CH3NH3PbCl3的钙钛矿前驱溶液,待用;
[0069]A-3.在透明导电基底上的P型薄膜晶硅空穴传输层上旋涂钙钛矿光吸收层的湿膜:
[0070]将第一步制得的在透明导电基底上的P型薄膜晶硅空穴传输层整体放到旋涂仪上,其中P型薄膜晶硅空穴传输层在上,取所需量的由上述A-2步制得的成分为CH3NH3PbCl3的钙钛矿前驱溶液旋涂到P型薄膜晶硅空穴传输层上,将旋涂仪转速加速到6000rpm并保持这样的转速旋涂10s,在以玻璃为基底的AZO透明氧化物导电层构成的透明导电基底上的P型薄膜晶硅空穴传输层上旋涂上钙钛矿光吸收层的湿膜;
[0071]A-4.热处理:
[0072]将上述A-3步制得的在以玻璃为基底的AZO透明氧化物导电层构成的透明导电基底上的P型薄膜晶硅空穴传输层上旋涂上钙钛矿光吸收层的湿膜的整体放入到烘箱中进行热处理,先在90°C下热处理0.5h,再加热至100°C并保温25min,由此在P型薄膜晶硅空穴传输层上旋涂钙钛矿光吸收层,该钙钛矿光吸收层的厚度为10nm,并且在以玻璃为基底的AZO透明氧化物导电层构成的透明导电基底上的P型薄膜晶硅空穴传输层与钙钛矿光吸收层形成薄膜晶硅钙钛矿异质结;
[0073]第三步,在钙钛矿光吸收层上制作由致密二氧化钛构成的电子传输层:
[0074]将上述第二步所制得制品的整体放置入磁控溅射设备中,通过磁控溅射法在钙钛矿光吸收层上制备由致密二氧化钛构成的电子传输层,具体操作方法是:靶材为纯度质量百分比99.99%的T1jE,靶直径为60mm,厚度为5mm,溅射前,用高纯氩气对磁控溅射设备腔体进行5min清洗,然后抽真空,本底真空为4.0 X 10 3Pa,随后依次通入氩气和氧气,通过调节流量控制氩气和氧气的体积比为9: I,总压强保持为2.0Pa,溅射功率为80W,溅射时间为4h,生长结束后再经过70°C的退火处理,由此在钙钛矿光吸收层上制得由致密二氧化钛构成的电子传输层;
[0075]第四步,在由致密二氧化钛构成的电子传输层上制备背电极:
[0076]在上述第三步制备成的由致密二氧化钛构成的电子传输层上制备背电极,具体操作方法是采用如下方法:
[0077]A.磁控溅射方法:
[0078]将上述第三步所制得制品的整体放置入超真空直流磁控溅射设备中,不使用掩模版,对第三步制备成的由致密二氧化钛构成的电子传输层进行镀膜,溅射靶采用质量百分比纯度>99.99%的铝,以质量百分比纯度为99.999%的Ar作为溅射气体通入溅射腔内,在真空度为4.0XlO 4Pa、氩气流量为20cm3/S、靶基距为1cm和工作电流为IA的条件下,溅射60min后,即在第三步制备成电子传输层上制备背电极上制备得铝构成的薄层背电极;
[0079]至此,最终制得由以玻璃为基底的AZO透明氧化物导电层构成的透明导电基底、P型薄膜晶硅空穴传输层、钙钛矿光吸收层、由致密二氧化钛构成的电子传输层和铝构成的薄层背电极构成的薄膜晶硅钙钛矿异质结太阳电池。
[0080]实施例2
[0081]第一步,制备在透明导电基底上的P型薄膜晶硅空穴传输层:
[0082]以背面镀有一层耐腐蚀金属的P型单晶硅片作为阳极,以铂作为阴极,在体积比氢氟酸:无水乙醇=1:1的氢氟酸乙醇溶液中,通以大小为4.5A的电流进行阳极氧化,通过电化学法腐蚀P型单晶硅片,在单晶硅片表面形成多孔硅结构,然后将该形成多孔硅结构的单晶硅片在H2气氛下200°C至550°C退火,退火过程中该单晶硅片表层小孔隙率层的孔洞会逐渐闭合形成准单晶层作为外延器件的模板,利用低压力化学气相沉积法在该准单晶层上外延成为P型薄膜晶硅薄膜,将所形成的P型晶硅薄膜从单晶硅片上转移到以玻璃为基底的ITO透明氧化物导电层构成的透明导电基底上,由此制备成在透明导电基底上的P型薄膜晶硅空穴传输层;
[0083]第二步,在P型薄膜晶硅空穴传输层上旋涂钙钛矿光吸收层:
[0084]在上述第一步制得的在以玻璃为基底的ITO透明氧化物导电层构成的透明导电基底上的P型薄膜晶硅空穴传输层上旋涂钙钛矿光吸收层,采用以下步骤:
[0085]A.单一旋涂法:
[0086]A-1.CH3NH3I 的制备:
[0087]制备CH3NH3I的原料是质量百分比浓度为33%的甲胺乙醇溶液和质量百分比浓度为57%的碘化氢溶液,按体积比为质量百分比浓度为33%的甲胺乙醇溶液:质量百分比浓度为57%的碘化氢溶液=2.5: 1,将这两种溶液混合后放入到250mL的圆底烧瓶内,在(TC下,用恒温磁力搅拌器不停搅拌1.8h,搅拌完毕后利用旋转蒸发仪在50°C下通过旋转蒸发去除溶剂,将获得的白色固体用乙醚清洗三次,具体清洗步骤为:先将前述获得的白色固体重新全部溶解在乙醇中,再不断地添加干乙醚析出沉淀物,此过程重复两次,最后将得到的白色固体放入到真空干燥箱中,在60°C和真空度为5X 14Pa的条件下干燥24h,制得CH3NH3I ;
[0088]A-2.成分为CH3NH3PbI3的钙钛矿前驱溶液的制备:
[0089]将摩尔比为质量百分比为99.999%的PbI2:上述A-1步制得的CH3NH3I = 1:3混合,并溶解在质量百分比纯度为99.9%的1^二甲基甲酰胺中得到溶液六-2,其中?1312的浓度为0.8M,CH3NH3I的浓度为1.8M,在室温下,将上述溶液A-2用磁力搅拌器搅拌12h,制得成分为CH3NH3PbId^]钙钛矿前驱溶液,待用;
[0090]A-3.在以玻璃为基底的ITO透明氧化物导电层构成的透明导电基底上的P型薄膜晶硅空穴传输层上旋涂钙钛矿光吸收层的湿膜:
[0091]将第一步制得的在以玻璃为基底的ITO透明氧化物导电层构成的透明导电基底上的P型薄膜晶硅空穴传输层整体放到旋涂仪上,其中P型薄膜晶硅空穴传输层在上,取所需量的由上述A-2步制得的成分为CH3NH3PbI3的钙钛矿前驱溶液旋涂到P型薄膜晶硅空穴传输层上,将旋涂仪转速加速到6000rpm并保持这样的转速旋涂15s,在透明导电基底上的P型薄膜晶硅空穴传输层上旋涂上钙钛矿光吸收层的湿膜;
[0092]A-4.热处理:
[0093]将上述A-3步制得的在以玻璃为基底的ITO透明氧化物导电层构成的透明导电基底上的P型薄膜晶硅空穴传输层上旋涂上钙钛矿光吸收层的湿膜的整体放入到烘箱中进行热处理,先在90°C下热处理0.8h,再加热至100°C并保温25min,由此在P型薄膜晶硅空穴传输层上旋涂钙钛矿光吸收层,该钙钛矿光吸收层的厚度为500nm,并且在以玻璃为基底的ITO透明氧化物导电层构成的透明导电基底上的P型薄膜晶硅空穴传输层与钙钛矿光吸收层形成薄膜晶硅钙钛矿异质结;
[0094]第三步,在钙钛矿光吸收层上制作由致密二氧化钛构成的电子传输层:
[0095]同实施例1 ;
[0096]第四步,在由致密二氧化钛构成的电子传输层上制备背电极:
[0097]在上述第三步制备成的由致密二氧化钛构成的电子传输层上制备背电极,具体操作方法是采用如下方法:
[0098]A.磁控溅射方法:
[0099]将上述第三步所制得制品的整体放置入超真空直流磁控溅射设备中,不使用掩模版,对第三步制备成的由致密二氧化钛构成的电子传输层进行镀膜,溅射靶采用质量百分比纯度>99.99%的铜,以质量百分比纯度为99.999%的Ar作为溅射气体通入溅射腔内,在真空度为4.0X10 4Pa、氩气流量为20cm3/S、靶基距为1cm和工作电流为IA的条件下,溅射75min后,即在第三步制备成电子传输层上制备背电极上制备得铜构成的薄层背电极;
[0100]至此,最终制得由以玻璃为基底的ITO透明氧化物导电层构成的透明导电基底、P型薄膜晶硅空穴传输层、钙钛矿光吸收层、由致密二氧化钛构成的电子传输层和铜构成的薄层背电极构成的薄膜晶硅钙钛矿异质结太阳电池。
[0101]实施例3
[0102]第一步,制备在透明导电基底上的P型薄膜晶硅空穴传输层:
[0103]以背面镀有一层耐腐蚀金属的P型单晶硅片作为阳极,以铂作为阴极,在体积比氢氟酸:无水乙醇=I: I的氢氟酸乙醇溶液中,通以大小为7.5A的电流进行阳极氧化,通过电化学法腐蚀P型单晶硅片,在单晶硅片表面形成多孔硅结构,然后将该形成多孔硅结构的单晶硅片在H2气氛下200°C至550°C退火,退火过程中该单晶硅片表层小孔隙率层的孔洞会逐渐闭合形成准单晶层作为外延器件的模板,利用低压力化学气相沉积法在该准单晶层上外延成为P型薄膜晶硅薄膜,将所形成的P型晶硅薄膜从单晶硅片上转移到以玻璃为基底的FTO透明氧化物导电层构成的透明导电基底上,由此制备成在透明导电基底上的P型薄膜晶硅空穴传输层;
[0104]第二步,在P型薄膜晶硅空穴传输层上旋涂钙钛矿光
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