一种控制退火时压强气氛提高其光电性能的钙钛矿太阳能电池吸收层的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于钙钛矿太阳能电池制备技术领域，具体涉及一种控制退火时压强气氛提尚其光电性能的I丐钦矿太阳能电池吸收层的制备方法。
【背景技术】
[0002]太阳能电池市场约85%的市场份额由晶体硅太阳能电池占据，但晶体硅的理论极限效率有限，就目前来说，在晶体硅太阳能电池方面很难再取得较大的提升改变。而且它的价格高昂，能耗回收慢，制备方式复杂等缺点，也大大制约了光伏产业的发展。钙钛矿太阳能电池是一类新兴的太阳能电池，主要是利用具有钙钛矿结构的光伏材料来实现光电转换，它具有原材料来源广泛、结构简单、价格低、可制备成柔性电池等优点，具有广泛的应用前景。
[0003]近年来，有机-金属-卤化物CH3NH3PbI3、CH3NH3PbBr3、CH3NH3PbCl3、CH3NH3PbI3 XC1X、CH3NH3PbI3 xBrx等钙钛矿材料因具有长的载流子传输距离、低的激子束缚能、光学吸收强且带隙可调等优势，受到人们的广泛关注，其光电转换效率从2009年Miyasaka研宄组首次报道的3.8%提高到最近报道的20.1%。让其逐渐朝着产业化的方向进发。
[0004]为进一步提高器件效率，一方面需要得到颗粒较大且平整的吸收层薄膜；另一方面希望得到的钙钛矿薄膜具有较宽范围的吸收光谱。当前，钙钛矿吸收层制备方法主要有:液相法、气相辅助液相法、气相共蒸发沉积法等。碘化铅和碘甲胺在涂布过程中快速自组装成纳米级钙钛矿微小晶粒，晶粒成核和膜层生长方向难以控制，成膜后晶体中缺陷较多，规整度差，难以形成致密的钙钛矿薄膜，降低了载流子的扩散长度，电子-空穴对复合严重。液相法受到前驱体溶液组份配比、浓度、溶剂以及旋涂转速等多种因素影响，结晶质量难以控制，结晶后薄膜形貌各异，高效电池器件制备可重现性较差，极大的限制了钙钛矿基太阳能电池产业化过程。
[0005]本发明经多次重复实验发现通过控制吸收层退火处理时的压强、气氛能够控制薄膜生长，以得到具有不同均匀性和厚度、粒径以及不同的光电性能的吸收层薄膜。而在当前，并未有通过快速退火并改变气氛压强去提高这些性能的相关技术见诸报道。基于此，本发明旨在提供一种在不同气氛不同压强下对吸收层进行快速退火处理，提高其光电性能的钙钛矿太阳能电池吸收层的制备方法，得到不同厚度、不同均匀程度、不同粒径、不同光电性能的吸收层，加速钙钛矿太阳能电池的产业化进程。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种控制退火时压强气氛提高其光电性能的钙钛矿太阳能电池吸收层的制备方法。
[0007]本发明的目的是这样实现的:所述控制退火时压强气氛提高其光电性能的钙钛矿太阳能电池吸收层的制备方法，包括配剂、清洁、旋涂及退火工序，具体包括: A、配剂:称取摩尔比为3:1的碘甲胺和碘化铅，将碘甲胺、碘化铅混合溶于N，N- 二甲基甲酰胺，其质量分数为25~45%:于50~70°C加热搅拌10~14h，得旋涂液备用；
B、清洁:用清洁剂对衬底进行清洗，再分别用无水乙醇和甲醇对衬底进一步清洗，最后用紫外灯照射衬底，使衬底清洁至满足旋涂要求；
C、旋涂:将衬底固定，于氮气保护下，将35~50μ 1旋涂液均匀旋涂于衬底上，得均匀稳定的涂膜；
D、退火:将附有涂膜的衬底于100~120°C，4.5mTorr~560Torr下退火12~60 min，再冷却至室温，即可得目标钙钛矿太阳能电池吸收层。
[0008]本发明提出了一种控制退火时压强气氛提高其光电性能的钙钛矿太阳能电池吸收层的制备方法。通过旋涂成膜结合在不同压强气氛下退火可以得到不同形貌、不同粒径及光学性能的钙钛矿吸收层。且能够根据需要调整制备条件，如旋涂转速、时间、退火温度及压强等，得到具有较好成膜性、光学性能的碘铅甲胺吸收层薄膜(CH3NH3PbI3)，实现了钙钛矿太阳能电池吸收层晶体组成、大小、形貌以及吸收性能的可控变化，从而提高其稳定性和光电性能。采用本发明所述方法制备的钙钛矿太阳能电池吸收层的厚度为200~500nm，电子迀移率明显优于其他方法制得的吸收层，提高了太阳能电池的效率，极具推广应用价值。
【附图说明】
[0009]图1为本发明所述制备方法的工艺流程图。
[0010]图2为采用本发明所述方法制备的钙钛矿太阳能电池吸收层在100~120°C时不同压强下退火处理12~60min后的XRD图谱。
[0011]图3为采用本发明所述方法制备的钙钛矿太阳能电池吸收层在100~120°C时不同压强下退火处理 12-60 min 后的 SEM 图谱，(a) 4.5mTorr，120°C，12min，(b) 145mTorr,120°C，12min，(c) 290mTorr, 120 °C，12min，(d) 4Torr, 100°C，60min，(e) 560Torr, 100 °C，60min，(f )截面。
[0012]图4为采用本发明所述方法制备的钙钛矿太阳能电池吸收层在100~120°C时不同压强下退火处理12~60min后的吸收图谱。
【具体实施方式】
[0013]下面对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变换或替换，均属于本发明的保护范围。
[0014]本发明所述控制退火时压强气氛提高其光电性能的钙钛矿太阳能电池吸收层的制备方法，包括配剂、清洁、旋涂及退火工序，具体包括:
所述配剂工序是指:称取摩尔比为3:1的碘甲胺和碘化铅，将碘甲胺、碘化铅混合溶于N, N- 二甲基甲酰胺，其质量分数为25~45%:于50~70°C加热搅拌10~14h，得旋涂液备用。
[0015]所述清洁工序是指:用清洁剂对衬底进行清洗，再分别用无水乙醇和甲醇对衬底进一步清洗，最后用紫外灯照射衬底，使衬底清洁至满足旋涂要求。
[0016]所述旋涂工序是指:将衬底固定，于氮气保护下，将35~50 μ 1旋涂液均匀旋涂于衬底上，得均匀稳定的涂膜；
所述退火工序是指:将附有涂膜的衬底于100~120 °C，4.5mTorr~560Torr下退火12~60min，再冷却至室温，即可得目标钙钛矿太阳能电池吸收层。
[0017]配剂工序所述碘甲胺与碘化铅的摩尔比为3:1 ;将碘甲胺、碘化铅混合溶于N, N- 二甲基甲酰胺，其质量分数为40%。
[0018]配剂工序所述加热温度为60°C ;搅拌时间为12h。
[0019]清洁工序所述清洁剂为普通清洁剂，无特殊要求。
[0020]清洁工序所述用无水乙醇和甲醇对衬底进一步清洗是采用超声波清洗法。所述超声波清洗法的频率为50~55Hz ;清洗时间为4~6min。
[0021 ] 清洁工序所述用紫外灯照射衬底，照射时间为30min。
[0022]旋涂工序所述旋涂的转速为2500~3200rpm ;旋涂的时间为38~42s ;旋涂液用量为40-45 μ 1。
[0023]退火工序所述退火的温度为100~120°C ;压强为4.5mTorr、145mTorr、290mTorr、4TorrN560Torr ;时间为 12~60min。
[0024]清洁、旋涂及退火工序所述衬底为透明导电薄膜；包括但不限于ΙΤ0导电玻璃、FT0导电玻璃或普通玻璃中的任一种。
[0025]所述钙钛矿太阳能电池吸收层的厚度为200~500nm。
[0026]实施例1
称取摩尔比为3:1的碘甲胺和碘化铅，将碘甲胺、碘化铅混合溶于N，N- 二甲基甲酰胺，其质量分数为25%，放入手套箱中于60°C用磁力搅拌器充分搅拌12h，得碘铅甲胺旋涂液备用。选择ΙΤ0导电玻璃作为衬底，首先用清洁剂对衬底进行清洗，再分别用无水乙醇和甲醇将衬底于53Hz超声下各清洗5min，最后用紫外灯照射衬底30min，使衬底清洁至满足旋涂要求。将衬底放入氮气氛围下的手套箱中，固定在旋涂机上，于氮气保护下，以3000rpm的转速旋涂40s，将45 μ 1旋涂液均匀旋涂于衬底上，得均匀稳定的涂膜。将附有涂膜的衬底放入快速退火炉中，于120°C，4.5mTorr (即真空)下退火12min，再自然冷却至室温，即可得目标钙钛矿太阳能电池吸收层。
[0027]图2中该实施例对应的XRD图谱显示该钙钛矿太阳能电池吸收层为碘铅甲胺，各峰所对应的晶面分别为(110)，(220)，(224)，(404);此外，还有碘化铅的峰，但较弱。图3
(a)为该实施例的SEM图，由图可看出吸收层颗粒较大，均匀性较好。图4中该实施例对应的吸收图谱显示该钙钛矿太阳能电池吸收层在整个可见光范围内均有较强的吸收，说明了其良好的光电性能；且在30