一种钙钛矿太阳能电池薄膜的制备方法

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，具体涉及一种钙钛矿太阳能电池薄膜的制备方法。

背景技术

太阳能是世界上资源量最大、分布最为广泛的清洁能源。太阳能电池是一种以光电效应为原理，直接将太阳光能转化为电能的系统。目前主流的商用硅太阳能电池存在能耗高与转换效率低的问题。根据国际能源署(IEA)最近的预测，可再生能源市场将在未来五年快速扩大，家庭、商业和工业应用中的太阳能光伏系统安装量将大幅增加。因此，开发经济、高效以及长寿命的太阳能电池迫在眉睫。

近年来，钙钛矿太阳能电池发展迅速。钙钛矿是化学分子式为ABX

钙钛矿太阳能电池在能源利用方面优势明显，然而钙钛矿半导体内的化学键具有更多的离子键属性，在电场条件下的离子迁移会导致钙钛矿的本征不稳定，即材料分解和相分离现象；在长期偏压和高温的实际工况下，钙钛矿器件难以同时实现高效和稳定的运行，这一缺陷严重限制了钙钛矿太阳能电池的商业化应用。因此，抑制离子的迁移保证钙钛矿膜的稳定性成为钙钛矿太阳能电池的研究重点。

钙钛矿薄膜相比于体相晶界拥有更多的缺陷和开放结构，所以晶界主导了离子的迁移。目前采取了多种方法抑制离子迁移，如晶核调控、晶界及界面调控、应变工程以及与退火相关的改性过程等。然而上述方法各有缺陷，比如应变工程非外延薄界面层与钙钛矿层之间的机械相互作用，是否抵消了残余应变尚存争议；退火也会产生残余应变的额外扰动，难以有效阐明钙钛矿太阳能电池中的应变相关效应。

发明内容

针对现有技术中存在的不足之处，本发明提供一种钙钛矿太阳能电池薄膜的制备方法，该制备方法是一种基于激光烧结的热冲击辅助大面积涂布工艺，激光的超高能量密度与超快速扫描能够实现高结晶性、无缺陷钙钛矿薄膜的制备。

本发明公开了一种钙钛矿太阳能电池薄膜的制备方法，包括：

配置ABX

采用涂布棒将包含所述ABX

采用激光束以对涂布在导电玻璃基板上的钙钛矿薄膜进行加热烧结；

采用惰性气流束对激光烧结后的钙钛矿薄膜进行冷却。

作为本发明的进一步改进，所述配置ABX

将AX和BX

作为本发明的进一步改进，所述第一温度T

作为本发明的进一步改进，所述清洗导电玻璃基板，包括：

先对导电玻璃基板进行超声清洗，而后使用有机溶剂擦拭导电玻璃基板表面，以去除多余杂质；最后使用惰性气体吹干。

作为本发明的进一步改进，所述混合液还包括溶剂和粘结剂，所述溶剂包括乙酸乙酯、甲醇、γ-丁内脂、正丙醇、1,2-丙二醇、正己烷、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、1,乙二醇甲醚(2-ME)、乙醚、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基吡啶N-氧化物(DMPO)、乙醇、异丙醇(IPA)、正丁醇、2-丁醇、氯苯、2-戊醇、叔丁醇、乙腈或二甲基亚砜(DMSO)中的一种，所述粘结剂包括聚偏氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚丙烯酸(PAA)、丁苯橡胶(SBR)、聚氧化乙烯(PEO)、羧甲基纤维素钠(CMC)、聚酰胺(PAI)、聚乙烯亚胺(PEI)、聚乙烯醇(PVA)、海藻酸钠(Alginate)中的一种。

作为本发明的进一步改进，所述第一速度V

作为本发明的进一步改进，所述激光束的扫描速度V

作为本发明的进一步改进，激光束的焦点与涂布棒的距离L

作为本发明的进一步改进，所述激光束由功率为10W-4000W的激光器产生，所述激光器包括半导体激光器、固体激光器和光纤耦合激光器中的一种。

作为本发明的进一步改进，所述惰性气流束的流速为0.1-1000sccm，温度为10-300℃。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明采用高能量的激光束辐射钙钛矿薄膜表层，表层温度迅速升至低于熔点的高温状态，由于热传导作用，表层热量快速的向冷态基体内部散发，无需特殊的冷却介质，实现了表层的快速冷却，实现了激光淬火热处理；同时，惰性气流束可用于加速冷却效果；

与传统气淬辅助工艺相比，本发明通过同步激光烧结-淬火过程中温度变化梯度的急剧放大，使得部分负价非金属离子在液膜瞬间固化时保留于表面晶格中，使钙钛矿形成了稳定的表面压缩晶格结构；热冲击处理后的钙钛矿薄膜具有较高的相稳定性、较小的表面晶格间距和较高的键能，显著提高了离子激活温度，为构筑高稳定性的钙钛矿太阳能电池打下了基础。

附图说明

图1为本发明公开的钙钛矿太阳能电池薄膜的制备方法的流程图；

图2为本发明公开的钙钛矿太阳能电池薄膜的制备示意图。

图中：

1、涂布棒；2、涂布棒正在涂布的钙钛矿层；3、涂布完毕的钙钛矿薄膜；4、激光烧结时钙钛矿薄膜各区域温度；5、激光束的焦点；6、激光束；7、惰性气流束；8、淬火完毕的钙钛矿薄膜；9、导电玻璃基板。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：

如图1、2所示，本发明提供一种钙钛矿太阳能电池薄膜的制备方法，制备钙钛矿薄膜过程中采用激光淬火工艺，并且适用于所有钙钛矿太阳能电池薄膜的淬火；包括：

步骤1、配置ABX

具体包括：

将配置ABX

步骤2、清洗导电玻璃基板；

具体包括：

先对导电玻璃基板进行超声清洗，而后在惰性气体的氛围下使用有机溶剂擦拭导电玻璃基板表面，以去除多余杂质；最后使用惰性气体吹干，以得到清洗后的导电玻璃基板9。

步骤3、采用涂布棒将包含ABX

具体包括：

将导电玻璃基板放置在温度为T

步骤4、采用激光束以对涂布在导电玻璃基板上的钙钛矿薄膜进行加热烧结；

具体包括：

在涂布棒涂布方向的后方，采用功率为10W-4000W的激光器(半导体激光器、固体激光器或光纤耦合激光器等)产生的激光束6对涂布在导电玻璃基板上的钙钛矿薄膜进行加热烧结；其中，在烧结钙钛矿薄膜时激光扫描速度V

步骤5、采用惰性气流束对激光烧结后的钙钛矿薄膜进行冷却；

具体包括：

在激光束扫描方向的后方，使用流速为0.1-1000sccm，温度为10-300℃的惰性气流束7对激光烧结后的钙钛矿薄膜进行冷却，得到淬火完毕的钙钛矿薄膜8；其中，惰性气流束扫描速度V

实施例：

本发明提供一种钙钛矿太阳能电池薄膜的制备方法，包括：

S1、配置MAPBI

S2、清洗FTO/ITO玻璃基板：首先，将分离完毕的FTO/ITO玻璃基板(1cm×1cm)，加入清洁剂在超声波环境下清洗30分钟，接着使用去离子水冲洗干净去除多余的清洁剂，放入烧杯中加入无水乙醇(纯度99％)超声环境下处理1小时；然后在氮气的氛围下在手套箱中使用丙酮溶液擦拭FTO表面去除多余杂质；最后使用氮气吹干衬底。

S3、将MAPbI

S4、用功率200W的激光对涂布在FTO/ITO玻璃基板上的MAPbI

本发明的优点为：

本发明采用高能量的激光束辐射钙钛矿薄膜表层，表层温度迅速升至低于熔点的高温状态，由于热传导作用，表层热量快速的向冷态基体内部散发，无需特殊的冷却介质，实现了表层的快速冷却，实现了激光淬火热处理；同时，惰性气流束可用于加速冷却效果；与传统气淬辅助工艺相比，本发明通过同步激光烧结-淬火过程中温度变化梯度的急剧放大，使得部分负价非金属离子在液膜瞬间固化时保留于表面晶格中，使钙钛矿形成了稳定的表面压缩晶格结构；热冲击处理后的钙钛矿薄膜具有较高的相稳定性、较小的表面晶格间距和较高的键能，显著提高了离子激活温度，为构筑高稳定性的钙钛矿太阳能电池打下了基础。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。