低溫溶液法制備摻Mg的ZnO薄膜窗口層的制備方法及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種低溫溶液法制備摻Mg的ZnO的薄膜窗口層的制備方法，并且涉及在鈣鈦礦太陽能電池中的應(yīng)用，屬于太陽能電池薄膜制備工藝技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)今世界，隨著地球資源的日益減少和人類對能源需求的不斷增加，能源危機(jī)已經(jīng)迫在眉睫。為了生存和發(fā)展，人類必須尋求可以替代常規(guī)能源的可再生的潔凈新能源，其中的選擇之一是太陽能發(fā)電。太陽能具有儲存巨大，永不枯竭，清潔無污染、不受地域限制等優(yōu)點，是人類最重要的新能源。
[0003]最近，一種以CH3NH3PbI3為代表的有機(jī)無機(jī)雜化鈣鈦礦材料薄膜太陽能電池獲得了學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。這類有機(jī)無機(jī)雜化鈣鈦礦材料所含元素均為地殼中富有元素，可大規(guī)模生產(chǎn)，且價格低廉。自2012年開始，以CH3NH3PbI3為主體吸收層太陽能電池的研究中，它的轉(zhuǎn)換效率在短短一年內(nèi)迅速飆升，突破了 15%。截至到2014年6月，經(jīng)驗證的最高效率可達(dá)17.9%。這使得該材料極有可能成為下一代的主流薄膜太陽能電池材料，從而也吸引了國內(nèi)外的大批研究人員的關(guān)注。該種太陽能電池基本采用了 Ti02( 二氧化鈦)和ZnO作為其載流子傳輸層，與鈣鈦礦和底層的導(dǎo)電層相連接。但是由于上述兩種薄膜窗口層制備過程繁瑣，并且屬于高耗能的制備過程，于此同時，上述兩種材料在鈣鈦礦太陽能電池中的使用時會出現(xiàn)載流子在接觸面更多復(fù)合、無法快速的傳遞導(dǎo)出載流子和薄膜的缺陷較多?；诖耍景l(fā)明體術(shù)采用一種使用低溫溶液法制備出摻Mg的ZnO窗口層薄膜。這種制備方法主要是通過水解的方法制取高純度的MgO和ZnO混合納米粉末，并將其溶于正丁醇溶液中制備選涂液，通過旋涂工藝和熱處理工藝制得穩(wěn)定缺陷少的摻Mg的ZnO窗口層薄膜，并可將其應(yīng)用到鈣鈦礦太陽能電池中，得到低成本，制備過程簡單的太陽能電池，該方法過程簡單高效。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種用低溫溶液法制備摻Mg的ZnO窗口層薄膜，它可以為制備高轉(zhuǎn)換效率、穩(wěn)定的有機(jī)無機(jī)雜化鈣鈦礦薄膜太陽能電池提供一種新的工藝。
[0005]本發(fā)明是一種低溫溶液法制備摻Mg的ZnO薄膜窗口層的制備方法。其特征在于具有如下的過程和步驟:
a、透明導(dǎo)電玻璃如FTO(摻F的SnO2)襯底預(yù)處理；該步驟中透明導(dǎo)電玻璃FTO(摻F的SnO2)作為沉積襯底，先采用曲拉通清洗表面，然后用去離子水將表面殘余的曲拉通沖洗掉，之后采用丙酮超聲清洗15分鐘，然后用去離子水沖洗表面，之后再用乙醇超聲清洗15分鐘，再用去離子水沖洗表面，隨后將其烘干，最后采用紫外臭氧或微波等離子體處理表面；
b、通過溶液水解法制備摻雜混合Mg的ZnO的納米顆粒。該步驟中制備制備摻雜混合Mg的ZnO的納米顆粒過程中，使用溶液法析出納米顆粒，采取將Zn(COOH)2.2出0(二水合醋酸鋅)和Mg(COOH)2.2H20(二水合醋酸鎂)粉末溶于甲醇溶液中，形成混合液;其中Zn2+與Mg2+的摩爾比是1:0.04;然后將KOH(氫氧化鉀)粉末溶于適量的甲醇中，制備一定濃度(質(zhì)量分?jǐn)?shù)濃度50%)的KOH溶液，使其混合均勻后，待用;將KOH溶液逐滴滴入到在65°C水浴保溫的前述混合液中，會看到有白色的絮狀析出；待滴定完畢后，將混合溶液置于65°C的水浴下攪拌2.5h;隨后將其置于常溫下，待其冷卻后，通過離心機(jī)離心處理，將上層清液除去，留下析出的固體;最后將得到的白色固體置于60°C，過夜干燥得到白色粉末；
c、將制得的摻雜混合Mg的ZnO納米顆粒溶于相關(guān)溶劑，制得旋涂液待用；該步驟中是將制得的摻雜MgO(氧化鎂)和ZnO的混合粉末取適量，將其溶于無水正丁醇溶液中(0.25mol/L)，在將其通過磁力攪拌使其混合均勻之后待用；
d、通過旋涂和熱處理成膜制得窗口層薄膜;該步驟中是將制得摻雜Mg的ZnO旋涂液作涂覆使用;將步驟a中得到的襯底置于旋涂機(jī)中，設(shè)置參數(shù)3000轉(zhuǎn)/分鐘，取適量的選涂液滴到襯底上，使用旋涂機(jī)旋涂;待旋涂結(jié)束后，將涂覆了薄膜的襯底置于加熱板上，并設(shè)置溫度150°C，烘烤5分鐘，最終得到摻Mg的ZnO薄膜窗口層。
[0006]本發(fā)明是一種低溫溶液法制備摻Mg的ZnO薄膜窗口層的使用及其應(yīng)用方法；
將已制備得到的鈣鈦礦溶液旋涂到窗口層，熱處理成膜;再涂上相關(guān)的空穴傳輸層材料，最后鍍上電極;制成鈣鈦礦太陽能電池器件。
【附圖說明】
[0007]圖1為本發(fā)明低溫溶液法制備的ZnO窗口層薄膜X射線衍射圖。
[0008]圖2為本發(fā)明低溫溶液法制備的摻Mg的ZnO窗口層薄膜X射線衍射圖。
【具體實施方式】
[0009]為進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，現(xiàn)通過具體實施例對本發(fā)明的制備方法進(jìn)行敘述。
[0010]本實施例中的制備方法如下所述:
(1)將透明導(dǎo)電玻璃SnO2:F作為沉積襯底，先采用曲拉通清洗表面，然后用清水將表面殘余的曲拉通沖洗掉，之后采用丙酮超聲清洗15分鐘，然后用去離子水沖洗表面，之后再用乙醇超聲清洗15分鐘，再用去離子水沖洗表面，隨后將其烘干。最后采用紫外臭氧處理10分鐘；
(2)采取將Zn(COOH)2.2H20(二水合醋酸鋅MPMg(COOH)2.2H20(二水合醋酸鎂)粉末溶于甲醇溶液中，形成混合液;其中Zn2+與Mg2+的摩爾比為1: 0.04;然后將KOH(氫氧化鉀)粉末溶于適量的甲醇中，制備一定濃度的KOH溶液，使其混合均勻后，待用；將KOH溶液逐滴滴入到在65°C水浴保溫的前述混合液中，會看到有白色的絮狀析出；待滴定完畢后，將混合溶液置于65°C的水浴下攪拌2.5h;隨后將其置于常溫下，待其冷卻后，通過離心機(jī)離心處理，將上層清液除去，留下析出的固體;最后將得到的白色固體置于60°C，過夜干燥得到白色粉末；
(3)制得的摻雜MgO(氧化鎂)和ZnO的混合粉末取適量，將其溶于無水正丁醇溶液中(0.25mol/L)，在將其通過磁力攪拌使其混合均勻之后待用；
(4)制得摻雜Mg的ZnO旋涂液作涂覆使用;將步驟a中得到的襯底置于旋涂機(jī)中，設(shè)置參數(shù)3000轉(zhuǎn)/分鐘，取適量的選涂液滴到襯底上，使用旋涂機(jī)旋涂;待旋涂結(jié)束后，將涂覆了薄膜的襯底置于加熱板上，并設(shè)置溫度150°C，烘烤5分鐘，最終得到摻Mg的ZnO薄膜窗口層；
(5)將已經(jīng)制備得到的鈣鈦礦旋涂液通過旋涂機(jī)平鋪到窗口層上，隨后通過熱處理成膜形成一層鈣鈦礦薄膜。接著在上面涂覆一層空穴傳輸層材料，風(fēng)干揮發(fā)溶劑后，得到最終的鈣鈦礦太陽能電池器件。
[0011]通過以上方法所制得摻Mg的ZnO薄膜窗口層，可直接利用到鈣鈦礦太陽能電池中，并可以實現(xiàn)解決良好的回線滯后問題。1.5AM的光照條件下，該器件顯示出具有一定的光電轉(zhuǎn)換效率，并且成功解決了短路光電流穩(wěn)定的問題。
【主權(quán)項】
1.一種低溫溶液法制備摻Mg的ZnO薄膜窗口層的制備方法，其特征在于具有如下的過程和步驟: a、透明導(dǎo)電玻璃FTO(摻F的SnO2)襯底預(yù)處理;該步驟中透明導(dǎo)電玻璃FTO(摻F的SnO2)作為沉積襯底，先采用曲拉通清洗表面，然后用去離子水將表面殘余的曲拉通沖洗掉，之后采用丙酮超聲清洗15分鐘，然后用去離子水沖洗表面，之后再用乙醇超聲清洗15分鐘，再用去離子水沖洗表面，隨后將其烘干;最后采用紫外臭氧或微波等離子體處理表面； b、通過溶液水解法制備摻雜混合Mg的ZnO的納米顆粒;該步驟中制備制備摻雜混合Mg的ZnO的納米顆粒過程中，使用溶液法析出納米顆粒，采取將Zn(COOH)2.2H20(二水合醋酸鋅)和Mg(COOH)2.2H20(二水合醋酸鎂)粉末溶于甲醇溶液中，形成混合液，其中Zn2+與Mg2+的摩爾比為I:0.04；然后將KOH(氫氧化鉀)粉末溶于適量的甲醇中，制備一定濃度的KOH溶液(質(zhì)量分?jǐn)?shù)50%)，使其混合均勻后，待用;將KOH溶液逐滴滴入到在65 0C水浴保溫的前述混合液中，會看到有白色的絮狀析出；待滴定完畢后，將混合溶液置于65°C的水浴下攪拌2.5h;隨后將其置于常溫下，待其冷卻后，通過離心機(jī)離心處理，將上層清液除去，留下析出的固體;最后將得到的白色固體置于60°C，過夜干燥得到白色粉末； c、將制得的摻雜混合Mg的ZnO納米顆粒溶于相關(guān)溶劑，制得旋涂液待用，該步驟中是將制得的摻雜MgO(氧化鎂)和ZnO的混合粉末取適量，將其溶于無水正丁醇溶液中(0.25mol/L)，在將其通過磁力攪拌使其混合均勻之后待用； d、通過旋涂和熱處理成膜制得窗口層薄膜;該步驟中是將制得摻雜Mg的ZnO旋涂液作涂覆使用;將步驟a中得到的襯底置于旋涂機(jī)中，設(shè)置參數(shù)3000轉(zhuǎn)/分鐘，取適量的旋涂液滴到襯底上，使用旋涂機(jī)旋涂;待旋涂結(jié)束后，將涂覆了薄膜的襯底置于加熱板上，并設(shè)置溫度150°C，烘烤5分鐘，最終得到摻Mg的ZnO薄膜窗口層。2.—種低溫溶液法制備摻Mg的ZnO薄膜窗口層的使用及其應(yīng)用方法;將已制備得到的鈣鈦礦溶液旋涂到窗口層，熱處理成膜，再涂上相關(guān)的空穴傳輸層材料，最后鍍上電極，制成鈣鈦礦太陽能電池器件。
【專利摘要】本發(fā)明涉及的是一種使用低溫溶液法制備出摻雜Mg的ZnO的薄膜窗口層的方法，屬于太陽能電池薄膜制備工藝技術(shù)領(lǐng)域。在其中使用低溫溶液法制備摻Mg的ZnO薄膜窗口層的方法是：通過制備MgO和ZnO混合物納米顆粒，并將其溶于正丁醇制得的旋涂液，通過旋涂和熱成膜處理制得摻雜Mg的ZnO窗口層薄膜。優(yōu)化制備條件后制得的薄膜窗口層可直接應(yīng)用到鈣鈦礦太陽能電池中，并且器件顯示出具有一定的光電轉(zhuǎn)換效率。
【IPC分類】H01L31/0248, H01L31/18, H01L31/04
【公開號】CN105679856
【申請?zhí)枴緾N201610175611
【發(fā)明人】王林軍, 徐文強(qiáng), 徐閏, 吳楊琳, 徐海濤, 葛升, 王文貞
【申請人】上海大學(xué)
【公開日】2016年6月15日
【申請日】2016年3月26日