一种钙钛矿太阳能电池吸光层薄膜的制备方法及其装置

本发明涉及钙钛矿太阳能电池制备，特别是涉及一种钙钛矿太阳能电池吸光层薄膜的制备方法及其装置。

背景技术：

1、钙钛矿太阳能电池作为一种新型薄膜太阳能电池，具有轻薄、高效、柔性和全溶液化制备等优势，被认为是未来最具有发展前景的光伏技术。作为一种典型的多层薄膜电子器件，典型的钙钛矿太阳能电池由导电基底、电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输层、电极组成。其中，钙钛矿吸光层不仅能起到对光的捕捉和吸收，产生光生电子空穴对的作用，同时还能将空穴和电子分别传输到空穴传输层和电子传输层，并阻止电子传输层和空穴传输层直接接触。可以说吸光层的质量和性能会直接影响整个器件的光伏性能。

2、目前钙钛矿吸光层的制备主要依赖旋涂法工艺，然而该工艺的一些天然缺陷和劣势开始越来越受到人们的重视。一般情况下通过旋涂法制备的钙钛矿薄膜的尺寸不会大于10厘米×10厘米。另外一方面，在旋涂过程中，绝大多数的前驱体分散液(＞90％)会被甩离基底而浪费掉，致使工艺成本增加。旋涂工艺也完全无法满足连续化生产的要求，上述原因导致旋涂法不适合作为大规模制备钙钛矿太阳能电池的商业化方案。

3、刮涂法是目前较为成熟的制备大面积钙钛矿吸光层的一种技术，通过精确控制刮刀与基底间的狭缝高度，可以获得厚度可控、平整致密的钙钛矿吸光层薄膜。然而刮涂法对装置的精确度和稳定性，以及基底的表面平整度提出了较为苛刻的要求。目前能够实现高质量稳定生产的刮涂机及其配件的造价及后期维护成本较高。基于此，本发明开发了一种具有更高生产兼容性、稳定性、更低生产成本的钙钛矿吸光层制备装置和方法。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种钙钛矿太阳能电池吸光层薄膜的制备方法及其装置，能够实现不同尺寸的钙钛矿吸光层薄膜的连续化制备，在提高薄膜制备的稳定性和兼容性的同时，有望降低薄膜生产和设备维护的成本。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种钙钛矿太阳能电池吸光层薄膜的制备方法，包括以下具体步骤：步骤(1)：辊筒的表面织物被钙钛矿前驱体分散液润湿；步骤(2)：辊筒与基底接触，并在基底表面滚动，将钙钛矿前驱体分散液转移到基底上，在基底表面上形成钙钛矿前驱体湿膜；步骤(3)：钙钛矿前驱体湿膜经过干燥结晶，在基底上获得钙钛矿太阳能电池吸光层薄膜。

3、作为对本技术方案的一种补充，所述步骤(1)中钙钛矿前驱体分散液的分散质成分为具有abx3晶体结构的化合物，包括但不限于mapbi3、mapbbr3、fapbi3、fapbbr3、cspbi3、cspbbr3，或者由多种上述化合物按一定比例混合形成的混合物，混合物的总分散质摩尔浓度为0.8～1.6m。

4、作为对本技术方案的一种补充，混合物包括但不限于能够以化学式csxfayma(1-x-y)pbizbr(3-z)表示的一类非化学计量化合物。

5、作为对本技术方案的一种补充，所述步骤(2)中基底为刚性或柔性平面基底。

6、作为对本技术方案的一种补充，所述步骤(2)中辊筒组件在基底表面滚动的线速度为0.1-100mm/s。

7、作为对本技术方案的一种补充，所述步骤(3)中钙钛矿前驱体湿膜的干燥结晶过程，是通过对基底加热、气流吹扫、降低环境气压、反溶剂萃取这些方法中的一种或几种组合实现的，干燥结晶过程可与滚动过程同时进行，也可分开进行。

8、一种钙钛矿太阳能电池吸光层薄膜的制备装置，包括辊筒、织物和钙钛矿前驱体分散液，所述的织物被钙钛矿前驱体分散液浸湿，浸湿的钙钛矿前驱体分散液包裹在辊筒的表面。

9、作为对本技术方案的一种补充，所述织物为机织物、针织物、非织造布中的一种或几种，所述织物为单层织物或多层织物。

10、作为对本技术方案的一种补充，所述多层织物为同种单层织物的叠加或多种不同单层织物的组合叠加。

11、有益效果：本发明涉及一种钙钛矿太阳能电池吸光层薄膜的制备方法及其装置，具体优点如下：

12、(1)制备装置简单灵活、成本低，可以适应不同尺寸、不同材质基底的制备要求；

13、(2)制备方法为一种接触式连续沉积方法，能够实现在刚性、柔性基底上快速、连续地制备大面积钙钛矿薄膜，且对装置的精度容忍度高，具有潜在的产业应用前景；

14、(3)制得的钙钛矿薄膜表面平整致密，厚度均匀可控。

技术特征：

1.一种钙钛矿太阳能电池吸光层薄膜的制备方法,其特征在于：包括以下具体步骤：

2.根据权利要求1所述的一种钙钛矿太阳能电池吸光层薄膜的制备方法,其特征在于：所述步骤(1)中钙钛矿前驱体分散液的分散质成分为具有abx3晶体结构的化合物，包括但不限于mapbi3、mapbbr3、fapbi3、fapbbr3、cspbi3、cspbbr3，或者由多种上述化合物按一定比例混合形成的混合物，混合物的总分散质摩尔浓度为0.8～1.6m。

3.根据权利要求2所述的一种钙钛矿太阳能电池吸光层薄膜的制备方法,其特征在于：混合物包括但不限于能够以化学式csxfayma(1-x-y)pbizbr(3-z)表示的一类非化学计量化合物。

4.根据权利要求1所述的一种钙钛矿太阳能电池吸光层薄膜的制备方法,其特征在于：所述步骤(2)中基底为刚性或柔性平面基底。

5.根据权利要求1所述的一种钙钛矿太阳能电池吸光层薄膜的制备方法,其特征在于：所述步骤(2)中辊筒组件在基底表面滚动的线速度为0.1-100mm/s。

6.根据权利要求1所述的一种钙钛矿太阳能电池吸光层薄膜的制备方法,其特征在于：所述步骤(3)中钙钛矿前驱体湿膜的干燥结晶过程，是通过对基底加热、气流吹扫、降低环境气压、反溶剂萃取这些方法中的一种或几种组合实现的，干燥结晶过程可与滚动过程同时进行，也可分开进行。

7.一种如权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池吸光层薄膜的制备装置，其特征在于：包括辊筒(1)、织物(3)和钙钛矿前驱体分散液(4)，所述的织物(3)被钙钛矿前驱体分散液(4)浸湿，浸湿的钙钛矿前驱体分散液(4)包裹在辊筒(1)的表面。

8.根据权利要求7所述的一种钙钛矿太阳能电池吸光层薄膜的制备装置，其特征在于：所述织物(3)为机织物、针织物、非织造布中的一种或几种，所述织物(3)为单层织物或多层织物。

9.根据权利要求8所述的一种钙钛矿太阳能电池吸光层薄膜的制备装置，其特征在于：所述多层织物为同种单层织物的叠加或多种不同单层织物的组合叠加。

技术总结
本发明涉及一种钙钛矿太阳能电池吸光层薄膜的制备方法及其装置，包括以下具体步骤：步骤(1)：辊筒的表面织物被钙钛矿前驱体分散液润湿；步骤(2)：辊筒与基底接触，并在基底表面滚动，将钙钛矿前驱体分散液转移到基底上，在基底表面形成钙钛矿前驱体湿膜，将基底表面上形成钙钛矿前驱体湿膜；步骤(3)：钙钛矿前驱体湿膜经过干燥结晶，在基底上获得钙钛矿太阳能电池吸光层薄膜。本发明能够实现不同尺寸的钙钛矿吸光层薄膜的连续化制备，在提高薄膜制备的稳定性和兼容性的同时，降低薄膜生产和设备维护的成本。

技术研发人员：张青红,韩雪飞,李耀刚,王宏志,侯成义
受保护的技术使用者：东华大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16