一种热蒸发制备柔性大面积无机钙钛矿太阳能电池的方法

本发明属于钙钛矿太阳能电池的光电转换材料的制备，更具体地，涉及热蒸发制备柔性大面积无机钙钛矿太阳能电池的方法。

背景技术：

1、清洁可再生能源是解决当下日益严峻的环境和能源问题的一剂良药，其中太阳能发电受到各国的普遍重视。钙钛矿太阳能电池自从2009年首次被报道以来，受到了广泛的研究，光转化效率在短时间内就从3.8％提升到了25.8％，逼近现有硅电池最高水平。钙钛矿太阳能电池更是具有成本低、可弯曲等优势，是制备柔性太阳能电池的极佳选择。

2、柔性太阳能电池具有便携性、易加工、易于运输和安装等优势，在可穿戴电子产品、汽车和飞行物等领域有巨大的潜在应用价值。现有技术往往多采用溶液法制备柔性钙钛矿电池。相对于真空热蒸发法来说，溶液法在制备薄膜具有以下劣势：(1)无法忽略柔性基底的固有弯曲，无法实现非平面保形涂层；(2)存在高温处理和有机溶剂处理过程，存在柔性基底损伤；(3)使用有毒溶剂，带来了高昂的废液处理成本。

技术实现思路

1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种热蒸发制备的大面积柔性无机钙钛矿太阳能电池及其制备方法，该太阳能电池利用热蒸发法在柔性基底上制备无机钙钛矿电池，具有大面积、均匀的特点。

2、根据本发明第一方面，提供了一种热蒸发制备柔性无机钙钛矿太阳能电池的方法，包括以下步骤：

3、(1)在柔性基底上依次制备透明导电层和空穴传输层；

4、(2)在真空条件下利用真空热蒸发技术在空穴传输层上旋转共蒸无机钙钛矿光吸收层，蒸发原料以碘化铯、溴化铯、氯化铯、碘化铅、溴化铅、氯化铅、碘化亚锡、溴化亚锡、氯化亚锡中的一种或多种为主体蒸发源，以碘化铷、溴化铷、氯化铷、氟化亚锡中的一种或多种作为添加剂蒸发源；蒸发源沉积后在保护性气氛或真空条件下60-100℃退火10-60min；

5、(3)在无机钙钛矿光吸收层上通过热蒸发法制备钝化层，然后在所述钝化层上依次制备电子传输层、缓冲层和电极层，即得到柔性无机钙钛矿太阳能电池。

6、优选地，步骤(2)中，所述添加剂蒸发源蒸发入钙钛矿光吸收层中物质的量小于主体蒸发源蒸发入钙钛矿光吸收层中物质的量的10％。

7、优选地，步骤(2)中，如果蒸镀的钙钛矿光吸收层的带隙为1.7ev、1.9ev或2.1ev，则采用两个蒸发源共蒸。

8、优选地，步骤(2)中，蒸发源之间的距离大于20cm，且距离柔性基底所在位置距离均大于50cm。

9、优选地，步骤(2)中，在开始蒸镀之前将腔体真空度通过分子泵抽到低于7×10-4pa。

10、优选地，所述柔性基底粗糙度小于100微米且曲率半径大于5mm。

11、优选地，步骤(2)中，沉积速率通过调整蒸发电流控制为

12、优选地，步骤(2)中，蒸镀过程中基底旋转速度通过皮带转轮控制为1-50rpm。

13、优选地，步骤(2)中，沉积厚度通过控制蒸发速率和蒸发时间调整为300-900nm。

14、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：

15、(1)本发明薄膜晶粒、形貌和厚度精准可控，对柔性基底无选择性，薄膜和基底选材广泛，基底材料可以为金属或有机聚合物等，薄膜材料光学带隙可以从1.2-2.1ev，可以制备具有不同功能的功能性薄膜。

16、(2)本发明无高温处理和有机溶剂处理过程，柔性基底在高温处理下会发生材料物理性能和化学性能的劣化，如塑形降低，表面形变和抗腐蚀性降低等，而有机溶剂对有机聚合物存在腐蚀，大幅降低有机聚合物基底柔性和表面光滑度，采用本发明方法可以避免柔性基底损伤，制备更高稳定性的功能性薄膜。

17、(3)本发明可以忽略柔性基底的固有弯曲，柔性基底粗糙度小于100微米且曲率半径大于5mm即可，且可以实现非平面保形涂层，柔性基底表面可以为曲面或尖锐折角，曲率半径小于10μm或折角高宽比小于5即可，实现薄膜与基底的完整结合。

18、(4)本发明对无机钙钛矿组分精准可控。以cspbi3-xbrx为例，通过调整蒸发源的位置和蒸发速率，或者通过增加一个或多个蒸发源，可以实现cs/pb比和i/br比的连续可调。

19、(5)本发明利用热蒸发一步制备出大面积柔性无机钙钛矿光吸收层，避免了高温后退火对柔性聚合物基底的伤害，金属柔性基底在高温退火下会产生与其上功能层不同的热膨胀，使其与其上的功能层分离，有机聚合物柔性基底在高温退火下会发生热腐蚀现象，降低了成品良率和效率。本发明制备的无机钙钛矿太阳能电池，稳定性较好且轻薄可弯曲，具有良好的应用前景。

技术特征：

1.一种热蒸发制备柔性无机钙钛矿太阳能电池的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的热蒸发制备柔性无机钙钛矿太阳能电池的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述添加剂蒸发源蒸发入钙钛矿光吸收层中物质的量小于主体蒸发源蒸发入钙钛矿光吸收层中物质的量的10％。

3.如权利要求1所述的热蒸发制备柔性无机钙钛矿太阳能电池的方法，其特征在于，步骤(2)中，如果蒸镀的钙钛矿光吸收层的带隙为1.7ev、1.9ev或2.1ev，则采用两个蒸发源共蒸。

4.如权利要求1所述的热蒸发制备柔性无机钙钛矿太阳能电池的方法，其特征在于，步骤(2)中，蒸发源之间的距离大于20cm，且距离柔性基底所在位置距离均大于50cm。

5.如权利要求1所述的热蒸发制备柔性无机钙钛矿太阳能电池的方法，其特征在于，步骤(2)中，在开始蒸镀之前将腔体真空度通过分子泵抽到低于7×10-4pa。

6.如权利要求1所述的热蒸发制备柔性无机钙钛矿太阳能电池的方法，其特征在于，所述柔性基底粗糙度小于100微米且曲率半径大于5mm。

7.如权利要求1所述的热蒸发制备柔性无机钙钛矿太阳能电池的方法，其特征在于，步骤(2)中，沉积速率通过调整蒸发电流控制为

8.如权利要求1所述的热蒸发制备柔性无机钙钛矿太阳能电池的方法，其特征在于，步骤(2)中，蒸镀过程中基底旋转速度通过皮带转轮控制为1-50rpm。

9.如权利要求1所述的热蒸发制备柔性无机钙钛矿太阳能电池的方法，其特征在于，步骤(2)中，沉积厚度通过控制蒸发速率和蒸发时间调整为300-900nm。

技术总结
本发明属于钙钛矿太阳能电池技术领域，公开了一种热蒸发制备柔性大面积无机钙钛矿太阳能电池的方法。包括以下步骤：在柔性聚合物基底上依次制备透明导电层、空穴传输层、无机钙钛矿光吸收层、钝化层、电子传输层、缓冲层和电极层。本发明利用热蒸发一步制备出大面积柔性无机钙钛矿光吸收层，避免了高温后退火对柔性聚合物基底的伤害，进而提高了成品良率和效率。本发明制备的无机钙钛矿太阳能电池，稳定性较好且轻薄可弯曲，具有良好的应用前景。

技术研发人员：唐江,刘大宇,董翀,陈超,宋海胜
受保护的技术使用者：华中科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15