本發(fā)明涉及太陽能電池制備工藝，具體涉及一種高效率大面積鈣鈦礦太陽能電池的制備方法。
背景技術(shù)：
近年來，廉價(jià)高效大面積的新型太陽能電池研究進(jìn)展迅速，鈣鈦礦型太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率也已從2009年的3.8％提升到了目前的22％，鈣鈦礦型太陽能電池以其光學(xué)性能優(yōu)異、工藝制備簡(jiǎn)單、成本低等的優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。
目前，現(xiàn)有的小面積鈣鈦礦太陽能電池(約1cm2)的光電轉(zhuǎn)換效率超過22％，已超過市面上已商業(yè)化的單晶硅太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率(約16％)，其可以滿足商業(yè)化生產(chǎn)的基本要求。然而，目前鈣鈦礦太陽能器件由于制備工藝繁瑣，工藝流程不成熟，傳統(tǒng)生產(chǎn)大面積鈣鈦礦太陽能電池時(shí)采用旋涂法成膜質(zhì)量差，難以保證成膜的均勻性，同時(shí)器件內(nèi)部的有機(jī)無機(jī)雜化鈣鈦礦材料對(duì)水和氧氣非常敏感，鈣鈦礦材料的分解而不穩(wěn)定，影響大面積鈣鈦礦太陽能電池的質(zhì)量和光電轉(zhuǎn)換效率。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種高效大面積鈣鈦礦太陽能電池的制備方法。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種高效率大面積鈣鈦礦太陽能電池的制備方法，該方法包括以下步驟：
步驟一、處理基板：基板包括透明基板和覆于透明基板表面的導(dǎo)電層；
步驟二、制備空穴傳輸層：在處理后的基板上激光刻線，再在刻線后的基板上蒸鍍酞菁銅形成空穴傳輸層；
步驟三、制備鈣鈦礦活性層：在基板的空穴傳輸層上熱蒸發(fā)一層甲基胺碘鹽，再在甲基胺碘鹽上蒸鍍一層碘化鉛并進(jìn)行加熱處理，甲胺鹽與碘化鉛反應(yīng)生成鈣鈦礦活性層；
步驟四、制備電子傳輸層；在基板的鈣鈦礦活性層上蒸鍍一層富勒烯，形成電子傳輸層5；
步驟五、制備金屬對(duì)電極：在基板的電子傳輸層上激光刻蝕一條線槽，去掉線槽內(nèi)的電子傳輸層，鈣鈦礦活性層和空穴傳輸層，線槽內(nèi)置一條用來串聯(lián)各組件的電極線，形成太陽能電池預(yù)制體，在太陽能電池預(yù)制體的表面沉積一層金屬電極，形成金屬對(duì)電極；
步驟六、封裝鈣鈦礦太陽能電池。
按上述方案，先將甲胺鹽粉末放置于145～155℃的熱板上均勻加熱，然后將基板倒貼在玻璃表面皿內(nèi)部，使基板上的空穴傳輸層暴露于空氣中，再將此表面皿扣在加熱處理的甲胺鹽上，利用甲胺鹽蒸氣在空穴傳輸層的表面上沉積一層甲胺鹽薄膜；在甲胺鹽薄膜上蒸鍍一層碘化鉛，再將整個(gè)基板熱處理，使甲胺鹽與碘化鉛反應(yīng)生成鈣鈦礦活性層。
按上述方案，碘化鉛的蒸鍍厚度為185～215nm。
按上述方案，在甲胺鹽薄膜上蒸鍍一層碘化鉛后，將整個(gè)基板置于125～175℃的環(huán)境中熱處理。
按上述方案，在步驟一中，基板的處理方法為：采用洗潔精水溶液、去離子水和乙醇依次超聲清洗各15～20min，氮?dú)饬鞔蹈珊笤谧贤夤庹丈涮幚怼?/p>
按上述方案，在步驟二中，蒸鍍酞菁銅的具體方法為:在真空腔體內(nèi)，通過加熱置有酞菁銅的有機(jī)坩堝，在基板的導(dǎo)電層上蒸發(fā)一層致密的酞菁銅。
按上述方案，在步驟四中，蒸鍍富勒烯的具體方法為:將基板放置在真空室內(nèi)，在3.9×10-4pa～4.0×10-4pa的條件下，通過有機(jī)蒸發(fā)源在鈣鈦礦活性層的表面蒸鍍富勒烯。
按上述方案，在步驟五中，太陽能電池預(yù)制體的表面沉積金屬電極的具體方法為：利用掩膜板將基板固定放置于高電阻真空鍍膜儀中，待高電阻真空鍍膜儀內(nèi)的真空度達(dá)到10-5～10-4pa后，加熱金電極，以0.8～1.2a/s的蒸發(fā)速率在電子傳輸層的表面沉積一層金電極，完成整個(gè)鈣鈦礦太陽能電池的制備。
按上述方案，所述制備鈣鈦礦活性層的厚度為290～310nm。
本發(fā)明的有益效果為：
1、本發(fā)明采用兩步蒸鍍法制備鈣鈦礦太陽能電池的關(guān)鍵組件——鈣鈦礦活性層，克服了傳統(tǒng)旋涂法方法存在的大面積成膜膜厚不均勻的問題，保證了鈣鈦礦活性層的穩(wěn)定性，提高了大面積鈣鈦礦太陽能電池的質(zhì)量和性能；
2、本發(fā)明制備過程快捷，可提高鈣鈦礦太陽能電池的制備效率；
3、本發(fā)明采用封裝機(jī)真空封裝，可隔絕空氣中水和氧對(duì)鈣鈦礦材料的破壞，延長了電池的使用壽命。
附圖說明
圖1為鈣鈦礦太陽能電池的結(jié)構(gòu)示意圖。
其中：1、透明基板；2、導(dǎo)電層；3、空穴傳輸層；4、鈣鈦礦活性層；5、電子傳輸層；6、金屬對(duì)電極。
具體實(shí)施方式
為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地描述。
鈣鈦礦太陽能電池結(jié)構(gòu)如圖1所示。一種高效率大面積鈣鈦礦太陽能電池的制備方法，具體包括以下步驟：
步驟一、處理基板：以ito玻璃為基板材料(ito玻璃的平均透光率約為83％)，切割成合適尺寸后清洗；清洗時(shí)，采用洗潔精水溶液、去離子水和乙醇依次超聲清洗各15～20min，氮?dú)饬鞔蹈珊笤谧贤夤庹丈涮幚?～11min。基板包括透明基板1和覆于透明基板1表面的導(dǎo)電層2；
步驟二、制備空穴傳輸層3；在處理后的基板上激光刻線，再在刻線后的基板上蒸鍍酞菁銅(cupc)形成空穴傳輸層3。具體過程為，在真空腔體內(nèi)，通過加熱置有cupc的有機(jī)坩堝，在基板的導(dǎo)電層上蒸發(fā)一層致密的cupc?？昭▊鬏攲?的厚度為55～65nm；
步驟三、制備鈣鈦礦活性層4：在基板的空穴傳輸層3上熱蒸發(fā)一層甲基胺碘鹽，再在甲基胺碘鹽上蒸鍍一層碘化鉛并進(jìn)行加熱處理，甲胺鹽與碘化鉛反應(yīng)生成鈣鈦礦活性層4。具體過程為，將甲胺鹽粉末放置于145～155℃的熱板上均勻加熱，然后將基板倒貼在玻璃表面皿內(nèi)部，使基板上的空穴傳輸層3暴露于空氣中，再將此表面皿扣在加熱處理的甲胺鹽上，利用甲胺鹽蒸氣在空穴傳輸層3的表面上沉積一層甲胺鹽薄膜；在甲胺鹽薄膜上蒸鍍一層厚度為185～215nm的碘化鉛，再將整個(gè)基板置于125～175℃的環(huán)境中熱處理，使甲胺鹽與碘化鉛反應(yīng)生成鈣鈦礦活性層4。鈣鈦礦活性層4的厚度為290～310nm；
步驟四、制備電子傳輸層5；在基板的鈣鈦礦活性層4上蒸鍍一層富勒烯(c60)，形成電子傳輸層5。具體是指，將基板放置在真空室內(nèi)，在3.9×10-4pa～4.0×10-4pa的條件下，通過有機(jī)蒸發(fā)源在鈣鈦礦活性層4的表面蒸鍍一層c60。電子傳輸層5厚度為19～21nm；
步驟五、制備金屬對(duì)電極6：在基板的電子傳輸層5上激光刻蝕一條線槽，去掉線槽內(nèi)的電子傳輸層5，鈣鈦礦活性層4和空穴傳輸層3，線槽內(nèi)置一條用來串聯(lián)各組件的電極線，形成太陽能電池預(yù)制體，在太陽能電池預(yù)制體的表面沉積一層金屬電極，形成金屬對(duì)電極6。太陽能電池預(yù)制體的表面沉積金屬電極的方法是，利用掩膜板將基板固定放置于高電阻真空鍍膜儀中，待高電阻真空鍍膜儀內(nèi)的真空度達(dá)到10-5～10-4pa后，加熱金電極，以0.8～1.2a/s的蒸發(fā)速率在電子傳輸層5的表面沉積一層金電極，完成整個(gè)鈣鈦礦太陽能電池的制備。所述金屬對(duì)電極6的厚度為55～65nm；
步驟六、封裝鈣鈦礦太陽能電池：具體采用層壓機(jī)封裝。
以下通過應(yīng)用實(shí)施例具體說明。
實(shí)施例一，本實(shí)施例提供一種高效大面積鈣鈦礦太陽能電池，其包括依次自下而上布置的透明基底1、導(dǎo)電層2、空穴傳輸層3、鈣鈦礦活性層4、電子傳輸層5和金屬對(duì)電極6，其中透明基體1與導(dǎo)電層2為一體，合稱為基板，基板的尺寸為10×10cm；所述電池的制作過程如下：
1、處理基板：以ito玻璃為基板材料，切割成10×10cm的尺寸，再采用洗潔精水溶液、去離子水和乙醇依次超聲清洗各15min，氮?dú)饬鞔蹈珊笤谧贤夤庹丈涮幚?0min；
2、制備空穴傳輸層3；在處理后的基板上激光刻線13條，線間距為6mm；再在刻線后的基板上蒸鍍酞菁銅(cupc)，在導(dǎo)電層的表面形成大面積的cupc薄膜，生成大面積空穴傳輸層3；
3、制備鈣鈦礦活性層4：在基板的空穴傳輸層3上熱蒸發(fā)一層甲基胺碘鹽，即將甲胺碘鹽粉末放置于150℃的熱板上均勻加熱，然后將基板倒貼在玻璃表面皿上，再將此表面皿扣在甲基胺碘鹽上，利用蒸氣加熱一小時(shí)在空穴傳輸層上沉積一層甲胺鹽薄膜；真空室內(nèi)在甲胺鹽薄膜上蒸鍍一層厚度為200nm的碘化鉛，再將整個(gè)基板置于150℃的環(huán)境中熱處理10min，使甲胺鹽與碘化鉛反應(yīng)生成鈣鈦礦活性層4；
4、制備電子傳輸層5；將基板放置在真空室內(nèi)，在4×10-4pa的條件下，通過有機(jī)蒸發(fā)源在鈣鈦礦活性層4的表面蒸鍍一層20nm厚的c60，形成電子傳輸層5；
5、制備金屬對(duì)電極6：在基板的電子傳輸層5上激光刻蝕一條線槽，去掉線槽內(nèi)的電子傳輸層，鈣鈦礦活性層和空穴傳輸層，線槽內(nèi)置一條用來串聯(lián)各組件的電極線，形成太陽能電池預(yù)制體，在太陽能電池預(yù)制體的表面沉積一層金屬電極，形成金屬對(duì)電極6。具體是指，利用掩膜板將基板固定放置于高電阻真空鍍膜儀中，待高電阻真空鍍膜儀內(nèi)的真空度達(dá)到10-5～10-4pa后，加熱金電極，以1a/s的蒸發(fā)速率在電子傳輸層5的表面沉積一層金電極，完成整個(gè)鈣鈦礦太陽能電池的制備；
6、采用層壓機(jī)對(duì)鈣鈦礦太陽能電池進(jìn)行封裝。
采用常規(guī)方法對(duì)該電池進(jìn)行性能測(cè)試，鈣鈦礦太陽能電池的各層膜厚波動(dòng)范圍小，均在10％以內(nèi)；且該電池光電轉(zhuǎn)化率可以保持在12％左右；而現(xiàn)有方法無法保證尺寸為10×10cm電池的膜厚均勻性，膜厚波動(dòng)范圍大，無法制得較高光電轉(zhuǎn)化率的10×10cm大面積鈣鈦礦太陽能器件。
實(shí)施例二，本實(shí)施例提供一種高效大面積鈣鈦礦太陽能電池，其包括依次自下而上布置的透明基底1、導(dǎo)電層2、空穴傳輸層3、鈣鈦礦活性層4、電子傳輸層5和金屬對(duì)電極6，其中透明基體1與導(dǎo)電層2為一體，合稱為基板，基板的尺寸為10×10cm；所述電池的制作過程如下：
1、處理基板：以ito玻璃為基板材料，切割成10×10cm的尺寸，再采用洗潔精水溶液、去離子水和乙醇依次超聲清洗各15min，氮?dú)饬鞔蹈珊笤谧贤夤庹丈涮幚?0min；
2、制備空穴傳輸層3；在處理后的基板上激光刻線13條，線間距為6mm；再在刻線后的基板上蒸鍍酞菁銅(cupc)，在導(dǎo)電層的表面形成大面積的cupc薄膜，生成大面積空穴傳輸層3；
3、制備鈣鈦礦活性層4：在基板的空穴傳輸層3上熱蒸發(fā)一層甲基胺碘鹽，即將甲胺碘鹽粉末放置于150℃的熱板上均勻加熱，然后將基板倒貼在玻璃表面皿上，再將此表面皿扣在甲基胺碘鹽上，利用蒸氣加熱一小時(shí)在空穴傳輸層上沉積一層甲胺鹽薄膜；真空室內(nèi)在甲胺鹽薄膜上蒸鍍一層厚度為185nm的碘化鉛，再將整個(gè)基板置于130℃的環(huán)境中熱處理10min，使甲胺鹽與碘化鉛反應(yīng)生成鈣鈦礦活性層4；
4、制備電子傳輸層5；將基板放置在真空室內(nèi)，在4×10-4pa的條件下，通過有機(jī)蒸發(fā)源在鈣鈦礦活性層4的表面蒸鍍一層20nm厚的c60，形成電子傳輸層5；
5、制備金屬對(duì)電極6：在基板的電子傳輸層5上激光刻蝕一條線槽，去掉線槽內(nèi)的電子傳輸層，鈣鈦礦活性層和空穴傳輸層，線槽內(nèi)置一條用來串聯(lián)各組件的電極線，形成太陽能電池預(yù)制體，在太陽能電池預(yù)制體的表面沉積一層金屬電極，形成金屬對(duì)電極6。具體是指，利用掩膜板將基板固定放置于高電阻真空鍍膜儀中，待高電阻真空鍍膜儀內(nèi)的真空度達(dá)到10-5～10-4pa后，加熱金電極，以1a/s的蒸發(fā)速率在電子傳輸層5的表面沉積一層金電極，完成整個(gè)鈣鈦礦太陽能電池的制備；
6、采用層壓機(jī)對(duì)鈣鈦礦太陽能電池進(jìn)行封裝。
采用常規(guī)方法對(duì)該電池進(jìn)行性能測(cè)試，鈣鈦礦太陽能電池的各層膜厚波動(dòng)范圍小，均在10％以內(nèi)；且該電池光電轉(zhuǎn)化率可以保持在10.5％左右；而現(xiàn)有方法無法保證尺寸為10×10cm電池的膜厚均勻性，膜厚波動(dòng)范圍大，無法制得較高光電轉(zhuǎn)化率的10×10cm大面積鈣鈦礦太陽能器件。
實(shí)施例三，本實(shí)施例提供一種高效大面積鈣鈦礦太陽能電池，其包括依次自下而上布置的透明基底1、導(dǎo)電層2、空穴傳輸層3、鈣鈦礦活性層4、電子傳輸層5和金屬對(duì)電極6，其中透明基體1與導(dǎo)電層2為一體，合稱為基板，基板的尺寸為10×10cm；所述電池的制作過程如下：
1、處理基板：以ito玻璃為基板材料，切割成10×10cm的尺寸，再采用洗潔精水溶液、去離子水和乙醇依次超聲清洗各15min，氮?dú)饬鞔蹈珊笤谧贤夤庹丈涮幚?0min；
2、制備空穴傳輸層3；在處理后的基板上激光刻線13條，線間距為6mm；再在刻線后的基板上蒸鍍酞菁銅(cupc)，在導(dǎo)電層的表面形成大面積的cupc薄膜，生成大面積空穴傳輸層3；
3、制備鈣鈦礦活性層4：在基板的空穴傳輸層3上熱蒸發(fā)一層甲基胺碘鹽，即將甲胺碘鹽粉末放置于150℃的熱板上均勻加熱，然后將基板倒貼在玻璃表面皿上，再將此表面皿扣在甲基胺碘鹽上，利用蒸氣加熱一小時(shí)在空穴傳輸層上沉積一層甲胺鹽薄膜；真空室內(nèi)在甲胺鹽薄膜上蒸鍍一層厚度為215nm的碘化鉛，再將整個(gè)基板置于170℃的環(huán)境中熱處理10min，使甲胺鹽與碘化鉛反應(yīng)生成鈣鈦礦活性層4；
4、制備電子傳輸層5；將基板放置在真空室內(nèi)，在4×10-4pa的條件下，通過有機(jī)蒸發(fā)源在鈣鈦礦活性層4的表面蒸鍍一層20nm厚的c60，形成電子傳輸層5；
5、制備金屬對(duì)電極6：在基板的電子傳輸層5上激光刻蝕一條線槽，去掉線槽內(nèi)的電子傳輸層，鈣鈦礦活性層和空穴傳輸層，線槽內(nèi)置一條用來串聯(lián)各組件的電極線，形成太陽能電池預(yù)制體，在太陽能電池預(yù)制體的表面沉積一層金屬電極，形成金屬對(duì)電極6。具體是指，利用掩膜板將基板固定放置于高電阻真空鍍膜儀中，待高電阻真空鍍膜儀內(nèi)的真空度達(dá)到10-5～10-4pa后，加熱金電極，以1a/s的蒸發(fā)速率在電子傳輸層5的表面沉積一層金電極，完成整個(gè)鈣鈦礦太陽能電池的制備；
6、采用層壓機(jī)對(duì)鈣鈦礦太陽能電池進(jìn)行封裝。
采用常規(guī)方法對(duì)該電池進(jìn)行性能測(cè)試，鈣鈦礦太陽能電池的各層膜厚波動(dòng)范圍小，均在10％以內(nèi)；且該電池光電轉(zhuǎn)化率可以保持在11％左右；而現(xiàn)有方法無法保證尺寸為10×10cm電池的膜厚均勻性，膜厚波動(dòng)范圍大，無法制得較高光電轉(zhuǎn)化率的10×10cm大面積鈣鈦礦太陽能器件。
最后應(yīng)說明的是，以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換，但是凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。