一种钙钛矿太阳能电池光阳极的退火方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种太阳能电池光阳极的退火方法。
【背景技术】
[0002] 经过几年的快速发展，巧铁矿太阳能电池虽然已经取得20% W上效率，但距其 50%的理论效率还有很大的差距，在空气中不稳定也是制约巧铁矿太阳能电池走向实际应 用的瓶颈之一。限制电池效率提升的原因有巧铁矿与其它传输层的界面电荷复合，缺乏更 高效的载流子传输材料，空气中湿度、紫外光的影响等，吸光剂材料本身的缺陷也是影响巧 铁矿电池效率的主要因素之一，人们尝试用各种方法去改善巧铁矿的形貌，取得了非常有 效的成果。
[0003] 巧铁矿的退火是影响巧铁矿形貌的因素之一，在传统的退火过程中晶体中残留的 溶剂、未反应的甲基舰化胺会随着溫度的升高而逐渐挥发掉，因此有人试图用福射退火法， 程序退火法来控制残留溶剂和甲基舰化胺的挥发速度，有效的控制了巧铁矿的形貌；还有 人采用溶剂辅助退火法，指在退火的过程中加入少量的DMF、异丙醇等溶剂来退火，也能有 效地改善巧铁矿的形貌。
[0004] 虽然运些方法均能改善巧铁矿的形貌，但是传统退火、福射退火和程序退火方法 直接将溶剂和未反应物从巧铁矿晶体内部和表面赶走，不能有效地利用运些晶体内部和表 面的残留物，而溶剂辅助退火法需要严格控制加入溶剂的量，过少达不到改善形貌的效果， 过多会对晶体产生相反的影响。
【发明内容】
阳〇化]本发明是为了解决目前巧铁矿太阳能电池阳极的退火方法不能有效控制巧铁矿 晶体的形貌、缺陷较多和晶体内部反应物残留过度的技术问题，而提供一种巧铁矿太阳能 电池光阳极的退火方法。
[0006] 本发明的一种巧铁矿太阳能电池光阳极的退火方法是按W下步骤进行的：
[0007] 当巧铁矿太阳能电池光阳极在加热台上进行加热退火时，巧铁矿太阳能电池光 阳极的巧铁矿吸光剂层直接接触加热台，在退火溫度为30°C~170°C的条件下退火处理 5min~30min ;所述的巧铁矿太阳能电池光阳极从上至下依次为导电玻璃层、电子传输层 和巧铁矿吸光剂层。
[0008] 本发明的退火的升溫方式可W采用直接升溫退火或程序升溫退火。
[0009] 直接升溫退火是指将巧铁矿太阳能电池阳极放在加热台上加热退火，将退火溫度 直接升溫到目标溫度，开始计时，计时结束后，冷却。
[0010] 程序升溫退火指将巧铁矿太阳能电池阳极放在加热台上，按一定的时间间隔缓慢 升高加热溫度，直到目标溫度，并且计时，计时结束后，冷却。
[0011] 本发明的巧铁矿太阳能电池阳极的退火方法和现有的退火方法相比采用倒置放 置的退火方式，本发明在退火时巧铁矿太阳能电池光阳极的巧铁矿吸光剂层在最下面直接 接触加热台，从下至上依次是巧铁矿吸光剂层、电子传输层和导电玻璃。
[0012] 本发明的优点在于：
[0013] 本发明的巧铁矿光阳极在退火过程中，能有效利用残留在巧铁矿吸光剂晶体内部 和表面的溶剂蒸气和未反应物，促进巧铁矿晶体形貌的改善，减少晶体内部残留反应物造 成的缺陷，又不会导致溶剂辅助退火法因过量溶剂对晶体的破坏。
【附图说明】
[0014] 图1为本发明的方法在退火时的示意图，1为导电玻璃，2为电子传输层，3为巧铁 矿吸光剂层，4为加热台；
[0015] 图2是试验一得到的巧铁矿太阳能电池阳极的SEM图；
[0016] 图3是试验二得到的巧铁矿太阳能电池阳极的SEM图；
[0017] 图4是电池效率对比图，曲线1是试验二组装的电池的I-V结果谱图，曲线2是试 验一组装的电池的I-V结果谱图。
【具体实施方式】
【具体实施方式】 [0018] 一：本实施方式为一种巧铁矿太阳能电池阳极的退火方法，具体是 按W下步骤进行的：
[0019] 当巧铁矿太阳能电池光阳极在加热台上进行加热退火时，巧铁矿太阳能电池光阳 极的巧铁矿吸光剂层直接接触加热台，在退火的溫度为30°C~170°C的条件下退火处理 5min~30min ;所述的巧铁矿太阳能电池光阳极从上至下依次为导电玻璃层、电子传输层 和巧铁矿吸光剂层。
【具体实施方式】 [0020] 二：本实施方式与一的不同点是：所述的导电玻璃为 FTO导电玻璃。其他与一相同。
【具体实施方式】 [0021] =:本实施方式与一或二的不同点是：所述的导电玻 璃为ITO导电玻璃。其他与一或二相同。
【具体实施方式】 [0022] 四：本实施方式与一至=的不同点是：在退火的溫度 为l〇〇°C的条件下退火处理30min。其他与一至=相同。
【具体实施方式】 [0023] 五：本实施方式与一至=的不同点是：在退火的溫度 为130°C的条件下退火处理20min。其他与一至=相同。
[0024] 通过W下试验验证本发明的有益效果：
[0025] 试验一：本试验为一种巧铁矿太阳能电池阳极的退火方法，具体是按W下步骤进 行的：
[0026] 当巧铁矿太阳能电池阳极在加热台上进行加热退火时，巧铁矿太阳能电池阳极的 巧铁矿吸光剂层直接接触加热台，在退火的溫度为l〇〇°C的条件下退火处理30min ;所述的 巧铁矿太阳能电池阳极从上至下依次为导电玻璃层、电子传输层和巧铁矿吸光剂层。
[0027] 所述的导电玻璃为FTO导电玻璃。
[0028] 然后将退火后的巧铁矿太阳能电池阳极组装成巧铁矿太阳能电池。
[0029] 组装的巧铁矿太阳能电池从上至下依次是金电极、Spiro-OMeTAD空穴传输层、巧 铁矿吸光剂层、Ti〇2电子传输层和FTO导电玻璃；金电极的厚度为IOOnm;空穴传输层为旋 涂厚度约为300nm ;巧铁矿吸光剂层为旋涂舰化铅和甲基舰化胺的DMF溶液，溶液中舰化铅 和甲基舰化胺的质量分数为46 %，舰化铅和甲基舰化胺的摩尔比为1:1 ;电子传输层为厚 度为50nm左右的致密阻挡层和厚度约为300nm~500nm的介孔层，致密层为旋涂制备的二 氧化铁溶胶，介孔层为旋涂P25浆料。
[0030] 试验二：本试验为对比试验，与试验一的区别为巧铁矿太阳能电池阳极在热处理 时采用正置的方式，导电玻璃在下面接触加热台。
[00川图2是试验一得到的巧铁矿太阳能电池阳极的SEM图，图3是试验二得到的巧铁 矿太阳能电池阳极的SEM图。从图2可W看出试验一采用倒置退火得到的巧铁矿晶体颗 粒较大，颗粒之间结合比较紧密，缺陷态较少；从图3可W看出采用传统退火方法得到的 巧铁矿晶体颗粒比较小，在巧铁矿表面有一些大的孔桐，缺陷太较多，运是由于倒置退火过 程中，残留的溶剂蒸气与已生成的巧铁矿继续反应，促进巧铁矿晶体颗粒的长大，再结晶， 表面和内部未反应的甲基舰化胺蒸气通过晶体内部，把晶体内部残留的部分舰化铅反应彻 底，减少晶体间的空隙。
[0032] 图4是电池效率对比图，曲线1是试验二组装的电池的I-V结果谱图，曲线2是试 验一组装的电池的I-V结果谱图，表1是根据图4得出的数据，可W看出试验一倒置的退火 比试验二正置退火制备的电池的效率更高。
[0033] 表 1
[0034]
【主权项】
1. 一种钙钛矿太阳能电池光阳极的退火方法，其特征在于钙钛矿太阳能电池光阳极的 退火方法是按以下步骤进行的： 当I丐钛矿太阳能电池光阳极在加热台上进行加热退火时，I丐钛矿太阳能电池光阳极的I丐钛矿吸光剂层直接接触加热台，在退火的温度为30°C~170°C的条件下退火处理5min~ 30min;所述的钙钛矿太阳能电池光阳极从上至下依次为导电玻璃层、电子传输层和钙钛矿 吸光剂层。2. 根据权利要求1所述的一种钙钛矿太阳能电池阳极的退火方法，其特征在于所述的 导电玻璃为FTO导电玻璃。3. 根据权利要求1所述的一种钙钛矿太阳能电池阳极的退火方法，其特征在于所述的 导电玻璃为ITO导电玻璃。4. 根据权利要求1所述的一种钙钛矿太阳能电池阳极的退火方法，其特征在于在退火 的温度为l〇〇°C的条件下退火处理30min。5. 根据权利要求1所述的一种钙钛矿太阳能电池光阳极的退火方法，其特征在于在退 火的温度为130°C的条件下退火处理20min。
【专利摘要】一种钙钛矿太阳能电池光阳极的退火方法，涉及一种太阳能电池光阳极的退火方法。本发明是为了解决目前钙钛矿太阳能电池光阳极的退火方法不能很好控制钙钛矿吸光剂形貌，缺陷态较多，晶体内部反应物残留过多等技术问题。本发明：当钙钛矿太阳能电池光阳极在加热台上进行加热退火时，钙钛矿太阳能电池光阳极的钙钛矿吸光剂层直接接触加热台进行退火。本发明的优点在于：本发明的钙钛矿吸光剂在退火过程中，能有效利用残留在晶体内部和表面的溶剂和未反应物，促进钙钛矿晶体形貌的改善，使部分残留的反应物在退火过程中继续反应完全，又不会导致溶剂辅助退火法因过量溶剂对晶体的破坏。本发明应用于制备钙钛矿太阳能电池。
【IPC分类】H01L51/48
【公开号】CN105405980
【申请号】CN201510974524
【发明人】杨玉林, 董国华, 盛利, 叶腾林, 范瑞清, 昌晴, 苏婷
【申请人】哈尔滨工业大学
【公开日】2016年3月16日
【申请日】2015年12月22日