一種鈣鈦礦太陽(yáng)能電池光陽(yáng)極的退火方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種太陽(yáng)能電池光陽(yáng)極的退火方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 經(jīng)過(guò)幾年的快速發(fā)展，巧鐵礦太陽(yáng)能電池雖然已經(jīng)取得20% W上效率，但距其 50%的理論效率還有很大的差距，在空氣中不穩(wěn)定也是制約巧鐵礦太陽(yáng)能電池走向?qū)嶋H應(yīng) 用的瓶頸之一。限制電池效率提升的原因有巧鐵礦與其它傳輸層的界面電荷復(fù)合，缺乏更 高效的載流子傳輸材料，空氣中濕度、紫外光的影響等，吸光劑材料本身的缺陷也是影響巧 鐵礦電池效率的主要因素之一，人們嘗試用各種方法去改善巧鐵礦的形貌，取得了非常有 效的成果。
[0003] 巧鐵礦的退火是影響巧鐵礦形貌的因素之一，在傳統(tǒng)的退火過(guò)程中晶體中殘留的 溶劑、未反應(yīng)的甲基艦化胺會(huì)隨著溫度的升高而逐漸揮發(fā)掉，因此有人試圖用福射退火法， 程序退火法來(lái)控制殘留溶劑和甲基艦化胺的揮發(fā)速度，有效的控制了巧鐵礦的形貌；還有 人采用溶劑輔助退火法，指在退火的過(guò)程中加入少量的DMF、異丙醇等溶劑來(lái)退火，也能有 效地改善巧鐵礦的形貌。
[0004] 雖然運(yùn)些方法均能改善巧鐵礦的形貌，但是傳統(tǒng)退火、福射退火和程序退火方法 直接將溶劑和未反應(yīng)物從巧鐵礦晶體內(nèi)部和表面趕走，不能有效地利用運(yùn)些晶體內(nèi)部和表 面的殘留物，而溶劑輔助退火法需要嚴(yán)格控制加入溶劑的量，過(guò)少達(dá)不到改善形貌的效果， 過(guò)多會(huì)對(duì)晶體產(chǎn)生相反的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】
陽(yáng)〇化]本發(fā)明是為了解決目前巧鐵礦太陽(yáng)能電池陽(yáng)極的退火方法不能有效控制巧鐵礦 晶體的形貌、缺陷較多和晶體內(nèi)部反應(yīng)物殘留過(guò)度的技術(shù)問(wèn)題，而提供一種巧鐵礦太陽(yáng)能 電池光陽(yáng)極的退火方法。
[0006] 本發(fā)明的一種巧鐵礦太陽(yáng)能電池光陽(yáng)極的退火方法是按W下步驟進(jìn)行的：
[0007] 當(dāng)巧鐵礦太陽(yáng)能電池光陽(yáng)極在加熱臺(tái)上進(jìn)行加熱退火時(shí)，巧鐵礦太陽(yáng)能電池光 陽(yáng)極的巧鐵礦吸光劑層直接接觸加熱臺(tái)，在退火溫度為30°C~170°C的條件下退火處理 5min~30min ;所述的巧鐵礦太陽(yáng)能電池光陽(yáng)極從上至下依次為導(dǎo)電玻璃層、電子傳輸層 和巧鐵礦吸光劑層。
[0008] 本發(fā)明的退火的升溫方式可W采用直接升溫退火或程序升溫退火。
[0009] 直接升溫退火是指將巧鐵礦太陽(yáng)能電池陽(yáng)極放在加熱臺(tái)上加熱退火，將退火溫度 直接升溫到目標(biāo)溫度，開(kāi)始計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)結(jié)束后，冷卻。
[0010] 程序升溫退火指將巧鐵礦太陽(yáng)能電池陽(yáng)極放在加熱臺(tái)上，按一定的時(shí)間間隔緩慢 升高加熱溫度，直到目標(biāo)溫度，并且計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)結(jié)束后，冷卻。
[0011] 本發(fā)明的巧鐵礦太陽(yáng)能電池陽(yáng)極的退火方法和現(xiàn)有的退火方法相比采用倒置放 置的退火方式，本發(fā)明在退火時(shí)巧鐵礦太陽(yáng)能電池光陽(yáng)極的巧鐵礦吸光劑層在最下面直接 接觸加熱臺(tái)，從下至上依次是巧鐵礦吸光劑層、電子傳輸層和導(dǎo)電玻璃。
[0012] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：
[0013] 本發(fā)明的巧鐵礦光陽(yáng)極在退火過(guò)程中，能有效利用殘留在巧鐵礦吸光劑晶體內(nèi)部 和表面的溶劑蒸氣和未反應(yīng)物，促進(jìn)巧鐵礦晶體形貌的改善，減少晶體內(nèi)部殘留反應(yīng)物造 成的缺陷，又不會(huì)導(dǎo)致溶劑輔助退火法因過(guò)量溶劑對(duì)晶體的破壞。
【附圖說(shuō)明】
[0014] 圖1為本發(fā)明的方法在退火時(shí)的示意圖，1為導(dǎo)電玻璃，2為電子傳輸層，3為巧鐵 礦吸光劑層，4為加熱臺(tái)；
[0015] 圖2是試驗(yàn)一得到的巧鐵礦太陽(yáng)能電池陽(yáng)極的SEM圖；
[0016] 圖3是試驗(yàn)二得到的巧鐵礦太陽(yáng)能電池陽(yáng)極的SEM圖；
[0017] 圖4是電池效率對(duì)比圖，曲線1是試驗(yàn)二組裝的電池的I-V結(jié)果譜圖，曲線2是試 驗(yàn)一組裝的電池的I-V結(jié)果譜圖。
【具體實(shí)施方式】
【具體實(shí)施方式】 [0018] 一：本實(shí)施方式為一種巧鐵礦太陽(yáng)能電池陽(yáng)極的退火方法，具體是 按W下步驟進(jìn)行的：
[0019] 當(dāng)巧鐵礦太陽(yáng)能電池光陽(yáng)極在加熱臺(tái)上進(jìn)行加熱退火時(shí)，巧鐵礦太陽(yáng)能電池光陽(yáng) 極的巧鐵礦吸光劑層直接接觸加熱臺(tái)，在退火的溫度為30°C~170°C的條件下退火處理 5min~30min ;所述的巧鐵礦太陽(yáng)能電池光陽(yáng)極從上至下依次為導(dǎo)電玻璃層、電子傳輸層 和巧鐵礦吸光劑層。
【具體實(shí)施方式】 [0020] 二：本實(shí)施方式與一的不同點(diǎn)是：所述的導(dǎo)電玻璃為 FTO導(dǎo)電玻璃。其他與一相同。
【具體實(shí)施方式】 [0021] =:本實(shí)施方式與一或二的不同點(diǎn)是：所述的導(dǎo)電玻 璃為ITO導(dǎo)電玻璃。其他與一或二相同。
【具體實(shí)施方式】 [0022] 四：本實(shí)施方式與一至=的不同點(diǎn)是：在退火的溫度 為l〇〇°C的條件下退火處理30min。其他與一至=相同。
【具體實(shí)施方式】 [0023] 五：本實(shí)施方式與一至=的不同點(diǎn)是：在退火的溫度 為130°C的條件下退火處理20min。其他與一至=相同。
[0024] 通過(guò)W下試驗(yàn)驗(yàn)證本發(fā)明的有益效果：
[0025] 試驗(yàn)一：本試驗(yàn)為一種巧鐵礦太陽(yáng)能電池陽(yáng)極的退火方法，具體是按W下步驟進(jìn) 行的：
[0026] 當(dāng)巧鐵礦太陽(yáng)能電池陽(yáng)極在加熱臺(tái)上進(jìn)行加熱退火時(shí)，巧鐵礦太陽(yáng)能電池陽(yáng)極的 巧鐵礦吸光劑層直接接觸加熱臺(tái)，在退火的溫度為l〇〇°C的條件下退火處理30min ;所述的 巧鐵礦太陽(yáng)能電池陽(yáng)極從上至下依次為導(dǎo)電玻璃層、電子傳輸層和巧鐵礦吸光劑層。
[0027] 所述的導(dǎo)電玻璃為FTO導(dǎo)電玻璃。
[0028] 然后將退火后的巧鐵礦太陽(yáng)能電池陽(yáng)極組裝成巧鐵礦太陽(yáng)能電池。
[0029] 組裝的巧鐵礦太陽(yáng)能電池從上至下依次是金電極、Spiro-OMeTAD空穴傳輸層、巧 鐵礦吸光劑層、Ti〇2電子傳輸層和FTO導(dǎo)電玻璃；金電極的厚度為IOOnm;空穴傳輸層為旋 涂厚度約為300nm ;巧鐵礦吸光劑層為旋涂艦化鉛和甲基艦化胺的DMF溶液，溶液中艦化鉛 和甲基艦化胺的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為46 %，艦化鉛和甲基艦化胺的摩爾比為1:1 ;電子傳輸層為厚 度為50nm左右的致密阻擋層和厚度約為300nm~500nm的介孔層，致密層為旋涂制備的二 氧化鐵溶膠，介孔層為旋涂P25漿料。
[0030] 試驗(yàn)二：本試驗(yàn)為對(duì)比試驗(yàn)，與試驗(yàn)一的區(qū)別為巧鐵礦太陽(yáng)能電池陽(yáng)極在熱處理 時(shí)采用正置的方式，導(dǎo)電玻璃在下面接觸加熱臺(tái)。
[00川圖2是試驗(yàn)一得到的巧鐵礦太陽(yáng)能電池陽(yáng)極的SEM圖，圖3是試驗(yàn)二得到的巧鐵 礦太陽(yáng)能電池陽(yáng)極的SEM圖。從圖2可W看出試驗(yàn)一采用倒置退火得到的巧鐵礦晶體顆 粒較大，顆粒之間結(jié)合比較緊密，缺陷態(tài)較少；從圖3可W看出采用傳統(tǒng)退火方法得到的 巧鐵礦晶體顆粒比較小，在巧鐵礦表面有一些大的孔桐，缺陷太較多，運(yùn)是由于倒置退火過(guò) 程中，殘留的溶劑蒸氣與已生成的巧鐵礦繼續(xù)反應(yīng)，促進(jìn)巧鐵礦晶體顆粒的長(zhǎng)大，再結(jié)晶， 表面和內(nèi)部未反應(yīng)的甲基艦化胺蒸氣通過(guò)晶體內(nèi)部，把晶體內(nèi)部殘留的部分艦化鉛反應(yīng)徹 底，減少晶體間的空隙。
[0032] 圖4是電池效率對(duì)比圖，曲線1是試驗(yàn)二組裝的電池的I-V結(jié)果譜圖，曲線2是試 驗(yàn)一組裝的電池的I-V結(jié)果譜圖，表1是根據(jù)圖4得出的數(shù)據(jù)，可W看出試驗(yàn)一倒置的退火 比試驗(yàn)二正置退火制備的電池的效率更高。
[0033] 表 1
[0034]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種鈣鈦礦太陽(yáng)能電池光陽(yáng)極的退火方法，其特征在于鈣鈦礦太陽(yáng)能電池光陽(yáng)極的 退火方法是按以下步驟進(jìn)行的： 當(dāng)I丐鈦礦太陽(yáng)能電池光陽(yáng)極在加熱臺(tái)上進(jìn)行加熱退火時(shí)，I丐鈦礦太陽(yáng)能電池光陽(yáng)極的I丐鈦礦吸光劑層直接接觸加熱臺(tái)，在退火的溫度為30°C~170°C的條件下退火處理5min~ 30min;所述的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池光陽(yáng)極從上至下依次為導(dǎo)電玻璃層、電子傳輸層和鈣鈦礦 吸光劑層。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鈣鈦礦太陽(yáng)能電池陽(yáng)極的退火方法，其特征在于所述的 導(dǎo)電玻璃為FTO導(dǎo)電玻璃。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鈣鈦礦太陽(yáng)能電池陽(yáng)極的退火方法，其特征在于所述的 導(dǎo)電玻璃為ITO導(dǎo)電玻璃。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鈣鈦礦太陽(yáng)能電池陽(yáng)極的退火方法，其特征在于在退火 的溫度為l〇〇°C的條件下退火處理30min。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鈣鈦礦太陽(yáng)能電池光陽(yáng)極的退火方法，其特征在于在退 火的溫度為130°C的條件下退火處理20min。
【專利摘要】一種鈣鈦礦太陽(yáng)能電池光陽(yáng)極的退火方法，涉及一種太陽(yáng)能電池光陽(yáng)極的退火方法。本發(fā)明是為了解決目前鈣鈦礦太陽(yáng)能電池光陽(yáng)極的退火方法不能很好控制鈣鈦礦吸光劑形貌，缺陷態(tài)較多，晶體內(nèi)部反應(yīng)物殘留過(guò)多等技術(shù)問(wèn)題。本發(fā)明：當(dāng)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池光陽(yáng)極在加熱臺(tái)上進(jìn)行加熱退火時(shí)，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池光陽(yáng)極的鈣鈦礦吸光劑層直接接觸加熱臺(tái)進(jìn)行退火。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：本發(fā)明的鈣鈦礦吸光劑在退火過(guò)程中，能有效利用殘留在晶體內(nèi)部和表面的溶劑和未反應(yīng)物，促進(jìn)鈣鈦礦晶體形貌的改善，使部分殘留的反應(yīng)物在退火過(guò)程中繼續(xù)反應(yīng)完全，又不會(huì)導(dǎo)致溶劑輔助退火法因過(guò)量溶劑對(duì)晶體的破壞。本發(fā)明應(yīng)用于制備鈣鈦礦太陽(yáng)能電池。
【IPC分類(lèi)】H01L51/48
【公開(kāi)號(hào)】CN105405980
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510974524
【發(fā)明人】楊玉林, 董國(guó)華, 盛利, 葉騰林, 范瑞清, 昌晴, 蘇婷
【申請(qǐng)人】哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年3月16日
【申請(qǐng)日】2015年12月22日