界面處理制備高性能鈣鈦礦薄膜的方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于光電薄膜技術(shù)領(lǐng)域，具體公開(kāi)一種界面處理制備高性能鈣鈦礦薄膜的方法。（1）在襯底上制備空穴收集層；（2）界面處理：將PEI或EA溶于2?甲氧基乙醇中配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.4~1.2%的溶液，旋涂于空穴收集層上，<150℃烘干；（3）在經(jīng)過(guò)界面處理的空穴收集層上制備鈣鈦礦薄膜。本發(fā)明中，界面處理溶液通過(guò)旋涂法進(jìn)行，此方法簡(jiǎn)單易行，避免了復(fù)雜的工藝流程；溶液旋涂后期處理在低溫（<150℃）下進(jìn)行，為柔性器件的制備提供了基礎(chǔ)；本發(fā)明界面處理方法，使得鈣鈦礦薄膜成膜性大大提高，薄膜覆蓋率得到了極大改善，從而大大提高太陽(yáng)能電池的各項(xiàng)性能。綜上所述，本發(fā)明技術(shù)可用于高性能鈣鈦礦薄膜的制造及光伏器件的制備。
【專利說(shuō)明】
界面處理制備高性能鈣鈦礦薄膜的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于光電薄膜技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種界面處理制備高性能鈣鈦礦薄膜的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在光伏器件制備過(guò)程中，層與層之間的接觸對(duì)器件性能有著較大影響，層與層之間容易形成缺陷，使得電子和空穴在缺陷處復(fù)合，大大降低了器件的性能。另外，界面的接觸好壞，影響整個(gè)器件的阻抗，阻抗值的大小對(duì)器件性能也有著重要的影響。界面處理由于其簡(jiǎn)單的制備工藝，在光伏器件的制備中應(yīng)用十分廣泛。
[0003]不同的界面處理劑有不同的作用，光伏器件界面處理一般具有以下作用:(I)修飾電極表面，使電極表面平正有序，有利于活性層的制備；(2)隔開(kāi)電極與功能層，使激子遠(yuǎn)離電極，防止在電極處的淬滅；(3)阻擋載流子向光電流收集方向的反方向移動(dòng)；(4)影像電極功函數(shù)，使電極與功能層之間形成歐姆接觸；(5)防止水氧的腐蝕，提高器件的壽命和穩(wěn)定性；(6)作為光學(xué)間隔層，可以起到調(diào)節(jié)光場(chǎng)，使功能層更好地吸收太陽(yáng)光的作用。很顯然，為了提高有機(jī)太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)化效率，需要深入研究界面過(guò)程，這也是有機(jī)太陽(yáng)能電池目前研究的重點(diǎn)之一。對(duì)有機(jī)太陽(yáng)能電池界面過(guò)程的研究，不僅有利于豐富光電器件產(chǎn)生光電流的過(guò)程的理論體系，而且還可以指導(dǎo)我們制備出光電性能更好的有機(jī)太陽(yáng)能電池，為有機(jī)太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)化打下基礎(chǔ)。同時(shí)界面處理對(duì)整個(gè)光伏器件也有著重要的作用，為制備優(yōu)良的光伏器件提供了一條捷徑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)光伏器件制備過(guò)程中，界面之間存在的缺陷以及薄膜成膜性好壞問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提出一種界面處理制備高性能鈣鈦礦薄膜的方法。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下:
界面處理制備高性能鈣鈦礦薄膜的方法，步驟如下:
(1)在襯底上制備空穴收集層；
(2)界面處理:將PEI(聚乙烯亞胺)或EA(乙胺醇)溶于2-甲氧基乙醇中配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.4?1.2%的溶液，旋涂于空穴收集層上，<150°C烘干；
(3)在經(jīng)過(guò)界面處理的空穴收集層上制備鈣鈦礦薄膜。
[0006]較好地，步驟(2)中，旋涂時(shí)，以3000?5000轉(zhuǎn)/秒的旋轉(zhuǎn)速度旋涂20?40s。
[0007]較好地，所述空穴收集層為氧化釩空穴收集層，所述鈣鈦礦薄膜為CH3NH3PbI3-xClxI丐鈦礦薄膜，X=O?3。
[0008]較好地，步驟(I)中，襯底在使用前按下述過(guò)程進(jìn)行預(yù)處理:將襯底依次用水、丙酮、乙醇、水超聲清洗，將洗好的襯底用氮?dú)獯蹈?，烘干，然后進(jìn)行臭氧等離子體處理。
[0009]較好地，所述襯底為FTO導(dǎo)電玻璃。
[0010]本發(fā)明的有益效果:界面處理溶液通過(guò)旋涂法進(jìn)行，此方法簡(jiǎn)單易行，避免了復(fù)雜的工藝流程;溶液旋涂后期處理在低溫(<150°C)下進(jìn)行，為柔性器件的制備提供了基礎(chǔ);本發(fā)明界面處理方法，使得鈣鈦礦薄膜成膜性大大提高，薄膜覆蓋率得到了極大改善，從而大大提高太陽(yáng)能電池的各項(xiàng)性能。綜上所述，本發(fā)明技術(shù)可用于高性能鈣鈦礦薄膜的制造及光伏器件的制備。
【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1是界面處理前后靜態(tài)接觸角的對(duì)比結(jié)果:左圖With PEI modified代表經(jīng)過(guò)界面處理(即界面處理后)，右圖Without PEI modified代表沒(méi)有經(jīng)過(guò)界面處理(S卩界面處理前)。
[0012]圖2是界面處理前后鈣鈦礦薄膜表面覆蓋率的掃描電鏡圖(放大倍數(shù)同為20000倍):左圖With PEI modified代表經(jīng)過(guò)界面處理(即界面處理后)，右圖Without PEImodified代表沒(méi)有經(jīng)過(guò)界面處理(即界面處理前)。
[0013]圖3是界面處理前后鈣鈦礦薄膜的XRD圖譜:FT0/s-V0x/PEI/PeroVskite代表經(jīng)過(guò)界面處理(即界面處理后)，F(xiàn)T0/s-V0x/Perovskite代表沒(méi)有經(jīng)過(guò)界面處理(S卩界面處理前)。
[0014]圖4是不同PEI濃度下制備鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的J-V曲線。
[0015]圖5是界面處理前后鈣鈦礦太陽(yáng)能電池穩(wěn)定性的對(duì)比結(jié)果:WithPEI代表經(jīng)過(guò)界面處理(即界面處理后),Without PEI代表沒(méi)有經(jīng)過(guò)界面處理(即界面處理前)。
【具體實(shí)施方式】
[0016]在下面具體實(shí)施例的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來(lái)實(shí)施，因此本發(fā)明不受下面公開(kāi)的具體實(shí)施例的限制。
[0017]實(shí)施例1
步驟S1-界面處理后制備鈣鈦礦薄膜，其步驟如下:
(1)--制備空穴收集層(氧化釩S-VOx):將FTO導(dǎo)電玻璃依次用去離子水、丙酮、無(wú)水乙醇、去離子水各超聲清理1min;將清洗好的FTO導(dǎo)電玻璃在氮?dú)饬飨麓蹈桑?00°C退火lOmin，然后進(jìn)行臭氧處理30min，以備用；將乙酰丙酮氧釩溶于異丙醇中，配制濃度為
1.5mg/mL的溶液，將配制好的溶液以旋涂速度3000轉(zhuǎn)/秒(30秒)甩膜;將旋涂后的FTO導(dǎo)電玻璃在空氣下150°C退火lOmin，即在FTO導(dǎo)電玻璃上制得空穴收集層；
(2)—界面處理:將一定量的PEI溶于2-甲氧基乙醇中，配置質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.4?1.2%的溶液，在手套箱中以5000轉(zhuǎn)/秒(40秒)轉(zhuǎn)速旋涂于步驟(I)退火后的FTO導(dǎo)電玻璃上，再在100°C 干燥 I Omin;
(3)—制備鈣鈦礦薄膜(CH3NH3PbI3-xClx):經(jīng)過(guò)步驟(2)界面處理后的FTO導(dǎo)電玻璃置于手套箱中；將PbCl2和CH3NH3I以摩爾比1:3溶于到DMF溶液中，在70°C條件下攪拌24h，獲得鈣鈦礦前驅(qū)體溶液;將配制好的鈣鈦礦前驅(qū)體溶液以旋涂速度3000轉(zhuǎn)/秒(30秒)旋涂在步驟
(2)界面處理后的FTO導(dǎo)電玻璃上;在100°C條件下在手套箱里退火2小時(shí)。
[0018]同時(shí)，作為對(duì)比，將FTO導(dǎo)電玻璃省略步驟(2)界面處理，僅經(jīng)上述步驟(1)、(3)處理，即界面處理前制備鈣鈦礦薄膜。
[0019]滴水，分別測(cè)試界面處理前后鈣鈦礦薄膜的靜態(tài)接觸角，對(duì)比結(jié)果見(jiàn)圖1，可知:經(jīng)過(guò)界面處理后，S-VOx界面浸潤(rùn)性得到了大大提高，這為鈣鈦礦前驅(qū)體旋涂形成均勻薄膜提供了便利條件。
[0020]圖2是界面處理前后形成的鈣鈦礦薄膜表面覆蓋率的掃描電鏡圖，從圖中可以看出:界面處理前后的鈣鈦礦薄膜表面覆蓋率從30%提高到80%以上。
[0021]圖3是界面處理前后形成的鈣鈦礦薄膜的XRD，從XRD圖譜中可以看到:經(jīng)過(guò)界面處理后，鈣鈦礦峰更強(qiáng)，說(shuō)明經(jīng)過(guò)處理后得鈣鈦礦晶體趨向性更好。
[0022]將界面處理前后鈣鈦礦薄膜在常溫常壓下空氣中放置9天，每隔3天拍攝照片，對(duì)比結(jié)果如圖4，可知:界面處理前的鈣鈦礦薄膜穩(wěn)定性大大降低，鈣鈦礦層分解快;經(jīng)過(guò)界面處理后的鈣鈦礦薄膜穩(wěn)定好，鈣鈦礦層分解速度慢。
[0023]通過(guò)以上測(cè)試結(jié)果可知:經(jīng)過(guò)界面處理后，鈣鈦礦薄膜的性能得到了極大的提高。
[0024]為進(jìn)一步驗(yàn)證界面處理后的技術(shù)效果，在步驟SI基礎(chǔ)上，特將界面處理后制備的I丐鈦礦薄膜進(jìn)一步制成太陽(yáng)能電池，具體過(guò)程如下:
步驟S2--采取旋涂工藝制備電池的電子傳輸層:在手套箱氣氛保護(hù)下，將一定量的PCBM溶于異丙醇中，常溫下攪拌30min，配制質(zhì)量濃度為20mg/mL的溶液，以旋涂速度為2000轉(zhuǎn)/秒，旋涂時(shí)間為30秒。
[0025]步驟S3—采用真空蒸鍍制備復(fù)合電極LiF/Al:具體參數(shù)為初始?xì)鈮?X 10—8 Torr,LiF蒸鍍速度為0.1埃/秒，厚度為0.5nm; Al蒸鍍速度為0.5埃/秒，蒸鍍厚度為10nm0
[0026]通過(guò)步驟S1-S3，制備出完整的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池。在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件100mW/cm2光強(qiáng)(AM1.5G光照)下，對(duì)電池的光電性能進(jìn)行了測(cè)試，J-V曲線如圖5，可知:經(jīng)過(guò)界面處理前，電池的光電轉(zhuǎn)換效率為9.06%，短路電流為密度為17.06 mA/cm2，開(kāi)路電壓為0.93V，填充因子為0.567;而經(jīng)過(guò)界面處理后的太陽(yáng)能電池，光電轉(zhuǎn)換效率為12.04%，短路電流為密度為18.10 mA/cm2，開(kāi)路電壓為0.99V，填充因子為0.638 ;界面處理前后，轉(zhuǎn)換效率提高了32.9%o
[0027]實(shí)施例2
將實(shí)施例1步驟Sl(2)中PEI換為乙胺醇(EA)，其它步驟不變，同樣可以使得電池的穩(wěn)定性大大提尚O
[0028]以上所述，僅是本發(fā)明的兩種舉例界面處理，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制。任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作出許多可能的變動(dòng)和修飾，或修改為等同變化的其他界面處理劑。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.界面處理制備高性能鈣鈦礦薄膜的方法，其特征在于，步驟如下: (1)在襯底上制備空穴收集層； (2)界面處理:將PEI或EA溶于2-甲氧基乙醇中配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.4?1.2%的溶液，旋涂于空穴收集層上，〈150 °C烘干； (3)在經(jīng)過(guò)界面處理的空穴收集層上制備鈣鈦礦薄膜。2.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:步驟(2)中，旋涂時(shí)，以3000?5000轉(zhuǎn)/秒的旋轉(zhuǎn)速度旋涂20?40s。3.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:所述空穴收集層為氧化釩空穴收集層，所述鈣鈦礦薄膜為CH3NH3PbI3-xClx鈣鈦礦薄膜，x=0?3。4.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:步驟(I)中，襯底在使用前按下述過(guò)程進(jìn)行預(yù)處理:將襯底依次用水、丙酮、乙醇、水超聲清洗，將洗好的襯底用氮?dú)獯蹈?，烘干，然后進(jìn)行臭氧等離子體處理。5.如權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于:所述襯底為FTO導(dǎo)電玻璃。
【文檔編號(hào)】H01L51/48GK105870342SQ201610315593
【公開(kāi)日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年5月13日
【發(fā)明人】邵國(guó)勝, 張懿強(qiáng), 李鵬偉, 梁超
【申請(qǐng)人】鄭州大學(xué)