一种气氛辅助制备丝网印刷钙钛矿器件的方法

本发明属于光伏器件制备，具体是一种气氛辅助制备丝网印刷钙钛矿器件的方法。

背景技术：

1、有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池由于具有低成本、高效率、易制备、可溶液加工等优点，被认为有望取代环境危害大、成本高昂的硅太阳能电池，因此受到了广泛的关注。钙钛矿光伏近年来发展十分迅猛,其光电转换效率由最初的3.8％迅速提升至25.7％，是光伏领域的研究热点。介孔型的钙钛矿光伏器件具有接触面积大、稳定性高、隔水氧能力优异、迟滞小、可丝网印刷制备等优点，被认为是商业化钙钛矿器件的理想结构。获得高效率、高稳定的介孔型丝网印刷钙钛矿器件的关键是获得高质量的丝网印刷钙钛矿薄膜，如果不能在介孔层表面形成一层连续的钙钛矿薄膜，则会形成钙钛矿孔洞和缺陷位点，导致电子-空穴对发生复合，影响了载流子的传输，严重损害器件的光电转换效率。为了获得高效率的丝网印刷钙钛矿器件，需要在介孔层表面制备覆盖度高、无孔洞、接触性好的钙钛矿薄膜。气氛辅助是一种能够有效提升丝网印刷钙钛矿薄膜覆盖度的方法，通过对介孔基底进行气体分为预处理，有利于丝网印刷的钙钛矿薄膜在介孔层表面的铺展，经常采用的溶剂气氛有水气、二甲基甲酰胺(dmf)、乙腈(acn)等溶剂。本发明提出的溶剂蒸气可以在成膜过程中促进钙钛矿的原位重结晶，从而显著提高结晶质量并减少缺陷，合适的气体氛围能够抑制钙钛矿枝状晶的形成，从而提升钙钛矿薄膜与器件的性能。

2、传统的气氛辅助结晶仅适用于旋涂钙钛矿薄膜退火工艺，微量的有机溶剂或水溶剂会对旋涂钙钛矿薄膜的结晶过程有明显的提升作用。然而，丝网印刷钙钛矿薄膜退火工艺，伴随大量的溶剂的挥发，传统的气氛辅助结晶过程中少量的有机试剂或水难以对丝网印刷钙钛矿薄膜的成相过程有明显辅助作用，不能对基底的浸润性有明显的改善，难以改善湿润钙钛矿薄膜在退火过程中的不规则收缩现象，因此现有的气氛辅助钙钛矿结晶技术不适用于丝网印刷钙钛矿薄膜与器件体系。

技术实现思路

1、为了解决当前丝网印刷钙钛矿薄膜形貌差问题，本发明提出了一种气氛辅助制备丝网印刷钙钛矿器件的方法。

2、本发明解决其技术问题采用的技术方案是：

3、一种气氛辅助制备丝网印刷钙钛矿器件的方法，包括如下步骤：

4、步骤1，制备基底

5、以导电玻璃fto为制备丝网印刷钙钛矿器件的基底。

6、将导电玻璃fto在依次置入丙酮、去离子水、乙醇中进行超声清洗，超声清洗时间均为15min，用氮气吹干，得到制备丝网印刷钙钛矿器件的基底。

7、步骤2，丝网印刷介孔氧化钛

8、以超声清洗的导电玻璃fto为制备丝网印刷钙钛矿器件的基底，采用丝网印刷工艺，丝网印刷介孔氧化钛。

9、步骤3，丝网印刷介孔氧化锆

10、在介孔氧化钛的基础上，采用丝网印刷工艺，丝网印刷介孔氧化锆。

11、步骤4，丝网印刷介孔氧化镍

12、在介孔氧化锆层的基础上，采用丝网印刷工艺，丝网印刷介孔氧化镍。

13、步骤5，丝网印刷钙钛矿层

14、对介孔基底进行气氛处理，然后，采用丝网印刷工艺，丝网印刷钙钛矿层。介孔基底即在基底上丝网印刷的介孔氧化钛、介孔氧化锆、介孔氧化镍的组合体。

15、对介孔基底进行气氛处理，即将介孔基底置入n,n-二甲基甲酰胺dmf、乙腈acn的混合溶剂气氛中，dmf、acn的比例为a，a＝1:2～10，气氛处理的时间为b，b＝30～60min，温度为c，c＝20～50℃。

16、丝网印刷工艺参数为：

17、网版目数为e，e＝150～500目，印刷间距为f，f＝1.5～2.5mm，印刷速度为g，g＝5～25cm/s，印刷压力为h，h＝0.1～0.2mpa。

18、丝网印刷得到湿润的钙钛矿薄膜膜。

19、将湿润的钙钛矿薄膜膜置于dmf与acn混合溶剂气氛中，混合溶剂为dmf与acn的混合溶剂，dmf与acn混合比例为j，j＝1:5～10。

20、取出，在100℃进行退火，退火时间为k，k＝5～20min。

21、得到均匀覆盖介孔层表面的钙钛矿层。

22、步骤6，丝网印刷碳电极

23、在钙钛矿层的基础上，采用丝网印刷工艺，丝网印刷碳电极。

24、上述的气氛辅助制备丝网印刷钙钛矿器件的方法，所述丝网印刷介孔氧化钛，进一步包括：

25、网版目数为400目，印刷间距1.5mm，印刷速度为30cm/s，印刷压力为0.2mpa。

26、静置半小时并在100℃退火10分钟，用马弗炉500℃烧结1小时，得到介孔氧化钛。

27、上述的气氛辅助制备丝网印刷钙钛矿器件的方法，所述丝网印刷介孔氧化锆，进一步包括：

28、网版目数为325目，印刷间距1.75mm，印刷速度为20cm/s，印刷压力为0.2mpa，静置半小时并用100℃退火10分钟，用马弗炉500℃烧结一小时，得到介孔氧化锆。

29、上述的气氛辅助制备丝网印刷钙钛矿器件的方法，所述丝网印刷介孔氧化镍，进一步包括：

30、网版目数为325目，印刷间距1.75mm，印刷速度为20cm/s，印刷压力为0.2mpa，静置半小时并用100℃退火10分钟，用马弗炉500℃烧结1小时，得到介孔氧化镍。

31、上述的气氛辅助制备丝网印刷钙钛矿器件的方法，所述丝网印刷碳电极，进一步包括：

32、网版目数为150目，印刷间距1.5mm，印刷速度为30cm/s，印刷压力为0.2mpa。静置5分钟后，用90℃退火10min，得到全丝网印刷钙钛矿器件。

33、本发明的有益效果是：

34、针对传统的气氛辅助不能有效解决丝网印刷钙钛矿薄膜覆盖度差、结晶度低等问题，本专利提出一种新型的气氛辅助制备丝网印刷钙钛矿薄膜与器件的方法,通过dmf/acn混合溶剂气氛工艺能够显著改善丝网印刷钙钛矿薄膜的结晶性和表面覆盖度，极大地降低了钙钛矿薄膜的缺陷密度。通过该方法制备的丝网印刷钙钛矿薄膜能够应用于制备低成本的全丝网印刷钙钛矿器件，具有显著的商业化前景。

技术特征：

1.一种气氛辅助制备丝网印刷钙钛矿器件的方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的气氛辅助制备丝网印刷钙钛矿器件的方法，其特征在于，所述丝网印刷介孔氧化钛，进一步包括：

3.根据权利要求1所述的气氛辅助制备丝网印刷钙钛矿器件的方法，其特征在于，所述丝网印刷介孔氧化锆，进一步包括：

4.根据权利要求1所述的气氛辅助制备丝网印刷钙钛矿器件的方法，其特征在于，所述丝网印刷介孔氧化镍，进一步包括：

5.根据权利要求1所述的气氛辅助制备丝网印刷钙钛矿器件的方法，其特征在于，所述丝网印刷碳电极，进一步包括：

技术总结
本发明涉及气氛辅助制备丝网印刷钙钛矿器件的方法，将以FTO导电玻璃为基底，对基底进行超声清洗，在FTO基底上依次制备电子传输层、绝缘层、空穴传输层、钙钛矿层和碳电极层，各层均采用丝网印刷法制备，丝网印刷钙钛矿层过程中，对介孔层基底、实现湿润的钙钛矿薄膜进行气氛处理，全丝网印刷钙钛矿器件制备。本发明DMF/ACN混合溶剂气氛工艺能够显著改善丝网印刷钙钛矿薄膜的结晶性和表面覆盖度，极大地降低了钙钛矿薄膜的缺陷密度。通过该方法制备的丝网印刷钙钛矿薄膜能够应用于制备低成本的全丝网印刷钙钛矿器件。

技术研发人员：陈永华,陈畅顺,张晓媛,朱小宁,黄维
受保护的技术使用者：西北工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14