基于高分子聚合物材料衬底的钙钛矿太阳能电池制备方法与流程

本发明属于太阳能电池制备领域，具体涉及一种基于高分子聚合物材料衬底的钙钛矿太阳能电池制备方法。

背景技术：

1、普通的太阳能电池能量转换效率低，使用材料中有部分稀有材料，制作工艺也比较复杂。而钙钛矿太阳能电池不仅制作材料易得，且制作工艺简单，柔性钙钛矿太阳能电池更是具有质量轻、便携、与曲面兼容等优点，使其在可穿戴、自供电便携式电子产品、光伏建筑一体化、航空航天等方面表现出突出优势。

2、现有柔性钙钛矿太阳能电池多使用金属箔(不锈钢、钼、钛、铝、铜等)材料作为衬底材料，但柔性钙钛矿太阳能电池要求各个功能层都具有出色的机械性能，由于各功能层在重复弯曲过程中柔韧性差异和界面接触等问题，会致使其机械性能逐渐降低。

3、现有钙钛矿太阳能电池常常使用氧化镍来作为钙钛矿太阳能电池的空穴传输层，但是氧化镍的疏水性和氧化性会影响钙钛矿太阳能电池的均匀制备。

4、因此，亟需开发一种钙钛矿太阳能电池，使其衬底具有良好机械性能并且空穴传输层均匀、导电性能好，能够极大地提高柔性钙钛矿太阳能电池的机械性能，提高电池稳定性及光电转换效率、延长其使用寿命。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于高分子聚合物材料衬底的钙钛矿太阳能电池制备方法，该方法采用分子量大于20000道尔顿的高分子聚合物材料作为衬底材料进行太阳能电池的制备，使用缺氧态niox，x<0.95，作为太阳能电池的空穴传输层，使得制备出来的钙钛矿太阳能电池具有工艺需求温度低、稳定性好、寿命长、光电转换效率高等优点。

2、实现本发明目的的技术方案：

3、一种基于高分子聚合物材料衬底的钙钛矿太阳能电池制备方法，所述方法包括：

4、步骤(1)、采用平均分子量大于20000道尔顿的高分子聚合物材料作为衬底，使用有机溶剂将高分子聚合物材料衬底清洗干净；

5、步骤(2)、利用真空镀膜技术，在高分子聚合物材料衬底上制备金属薄膜，形成薄膜电极；

6、步骤(3)、利用真空镀膜技术，在薄膜电极上制备ito薄膜缓冲层；

7、步骤(4)、利用真空镀膜技术，在缓冲层上制备缺氧态niox薄膜，形成空穴传输层；

8、步骤(5)、在镀有空穴传输层的高分子聚合物材料上制备钙钛矿层；

9、步骤(6)、在镀有钙钛矿层的高分子聚合物材料上制备c60或pcbm薄膜，形成电子传输层；

10、步骤(7)、在电子传输层上制备ito电极，在ito电极之上绕金属栅线，层压后获得基于高分子聚合物材料衬底的钙钛矿太阳能电池。

11、进一步地，所述高分子聚合物材料衬底为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺。

12、进一步地，所述步骤(1)中有机溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇。

13、进一步地，所述步骤(2)中金属薄膜中的金属为au、ag、cu、al。

14、进一步地，所述步骤(4)中缺氧态niox，以摩尔比计，x<0.95。

15、进一步地，所述步骤(2)具体为：将高分子聚合物材料衬底及蒸镀所需金属源放入真空镀膜腔室，将腔室抽真空至真空度到1.1×10 -3pa，待真空度稳定后，打开金属源挡板，通过升降加热功率维持金属源镀率稳定，进行蒸镀，控制镀率范围为0.01a/s-2.5a/s，待膜厚仪显示厚度到目标厚度100-500nm后，蒸镀结束，形成薄膜电极。

16、进一步地，所述步骤(3)具体为：将镀有薄膜电极的高分子聚合物材料放入薄膜材料真空制备腔室中，将腔室抽真空至真空度小于2.0×10-4pa，通入体积比为95:5的ar/o2的混合气，待腔室内真空度稳定后镀ito薄膜，薄膜厚度为100-500nm，形成缓冲层。

17、进一步地，所述步骤(4)具体为：将镀有缓冲层的高分子聚合物材料、缺氧态niox放入真空镀膜腔室中，将腔室抽真空至真空度小于2.0×10-4pa，通入体积比为95:5的ar/o2混合气体，待腔室内真空度稳定后镀niox薄膜，控制溅射功率为0.2-16kw，使得膜厚为100-500nm，形成空穴传输层。

18、进一步地，所述步骤(5)具体为：使用狭缝涂布设备或旋涂法刮涂钙钛矿层，钙钛矿薄膜厚度为100-800nm。

19、进一步地，所述步骤(6)具体为：蒸镀法制备c60薄膜，将具有钙钛矿层的材料和c60放入真空镀膜腔室中，将腔室抽真空至真空度到1.1×10 -3pa，待真空度稳定后，打开挡板，通过升降加热功率维持金属源镀率稳定，进行蒸镀，控制镀率范围为0.01a/s-2a/s，待膜厚仪显示厚度到目标厚度100-500nm后，蒸镀结束，形成电子传输层；或

20、旋涂制备pcbm薄膜，调整旋涂仪转速为2000-5000转，旋涂pcbm30-60s，旋涂膜的厚为100-500nm，形成电子传输层。

21、进一步地，所述步骤(7)具体为：使用真空镀膜技术，将镀有电子传输层的高分子聚合物材料放入真空制备腔室中，将腔室抽真空至真空度小于2.0×10-4pa，通入体积比为95:5ar/o2的混合气体，待腔室内真空度稳定后镀ito薄膜，薄膜厚度为100-500nm，形成电极；在电极之上绕金属栅线，层压后获得基于高分子聚合物材料衬底的钙钛矿太阳能电池。

22、本发明的有益技术效果在于：

23、1、本发明提供的一种基于高分子聚合物材料衬底的钙钛矿太阳能电池制备方法中，衬底使用分子量大于20000道尔顿的高分子聚合物作为衬底，可有效提高钙钛矿太阳能电池的机械性能，从而大大提高电池的稳定性，延长电池的使用寿命。

24、2、本发明提供的一种基于高分子聚合物材料衬底的钙钛矿太阳能电池制备方法中，使用缺氧态氧化镍作为电池的空穴传输层，制备出来的薄膜会比较均匀，具有高电导、高载流子迁移率，其中空穴迁移率大于0.5cm2·v–1·s，可大大提高钙钛矿太阳能电池的光电转换效率及稳定性，并可有效提高电池对水氧的阻隔能力。

25、3、本发明提供的一种基于高分子聚合物材料衬底的钙钛矿太阳能电池制备方法使用聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)、聚萘二甲酸乙二醇酯(pen)、聚酰亚胺(pi)等分子量大于20000道尔顿的高分子聚合物材料作为衬底，由于材料的分子量越大，其机械性能越好，分子间作用力相应增大，所以致密性增加，对水氧的阻隔性能增加，对水氧的阻隔性能增加，使电池会有更好的耐老化性能，会变得更稳定，致密性增加会提高电池的耐辐照性能，从而降低电池的介电损耗，基于高分子聚合物材料衬底制备的钙钛矿太阳能电池具有较好的致密性(阻水和阻氧性能)，机械性能、化学稳定性、耐老化性能、耐辐照性能、低介电损耗，且这些性能在很宽的温度范围内不会发生显著变化，做出的电池具有较高的光电转换效率，整体工艺可溶液制备，制备工艺简单、工艺需求温度低，电池制造过程能耗低。

26、4、本发明提供的一种基于高分子聚合物材料衬底的钙钛矿太阳能电池制备方法使用柔性透明材料为基底(分子量大于20000道尔顿的高分子聚合物材料)，在其上制备透明导电氧化物作为电极，透明导电氧化物一般用氧化铟锡(ito)，制备出半透明柔性电池组件，可应用于非常规化的新型应用领域。