一種鈣鈦礦薄膜的熱處理方法及其基于該技術(shù)制備太陽能電池的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于太陽能電池技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種微波加熱處理鈣鈦礦薄膜的技術(shù) 及其在太陽能電池中的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著全球化石能源的枯竭以及溫室效應(yīng)和環(huán)境污染日益加劇，清潔能源及低碳經(jīng) 濟已經(jīng)成為世界各國重要研究的課題。太陽能電池技術(shù)受到極大的關(guān)注。其中目前市面上 的硅基太陽能電池由于制備工藝要求苛刻，導(dǎo)致利用成本居高不下，人們把目光轉(zhuǎn)向低成 本的太陽能電池材料和技術(shù)。新型薄膜太陽能電池由于低廉的成本和大面積的制備技術(shù)越 來越受到人們的重視。具有鈣鈦礦型層狀結(jié)構(gòu)的有機金屬材料作為一種高光吸收系數(shù)以及 具有良好電學(xué)性能的材料，受到科研工作者的關(guān)注。近兩年來基于鈣鈦礦材料的太陽能電 池技術(shù)發(fā)展迅速。目前實驗室里最高的鈣鈦礦電池的效率已經(jīng)突破20%，完全達到了商業(yè) 化的要求。
[0003] 目前實驗室中使用最多，效率報道最高的鈣鈦礦電池使用的材料是CH3NH3PbI3_ XC1X，（0〈X〈3)。但是此材料需要長時間的加熱處理才能使鈣鈦礦溶液的先驅(qū)物轉(zhuǎn)變成結(jié)晶 的鈣鈦礦材料，由于加熱時間長，為了防止?jié)穸葘︹}鈦礦薄膜生長的破壞，一般必須在保護 氣體環(huán)境中進行。鈣鈦礦先驅(qū)物溶液一般按照PbCl2:CH3NH3I= 1:3摩爾比例配置并溶于 有機溶劑中。傳統(tǒng)的加熱板和恒溫爐加熱方式不僅耗時長而且能量使用率極低，并且需要 提供直接的熱接觸加熱。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的第一個技術(shù)問題是提供一種鈣鈦礦薄膜的熱處理方法，采用微 波加熱，可實現(xiàn)鈣鈦礦薄膜快速，非接觸加熱。
[0005] 本發(fā)明所要解決的第二個技術(shù)問題是提供一種采用上述熱處理方法來制備太陽 能電池的方法。
[0006] 本發(fā)明解決上述第一個技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為：一種鈣鈦礦薄膜的熱處理 方法，其特征在于：采用微波對鈣鈦礦薄膜進行熱處理，微波功率為80~640w，處理時間為 2. 5~15分鐘。
[0007] 作為改進，所述鈣鈦礦薄膜的材料為CH3NH3PbI3 -xClx，（0〈X〈3)，鈣鈦礦薄膜的先 驅(qū)物溶液為PbCljPCH3NH3I按照1:2. 5~3. 5摩爾配比溶液。
[0008] 作為優(yōu)選，所述微波功率為320W~560W，處理時間3~10分鐘。微波采用混模模 式，頻率為2. 45GHz。優(yōu)選微波功率為320W，處理時間6分鐘。
[0009] 本發(fā)明解決上述第二個技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為：一種太陽能電池的制備方 法，其特征在于包括以下步驟：
[0010] 1)先利用旋涂或者蒸鍍制備電子傳輸層覆蓋在清洗過的導(dǎo)電層FT0的玻璃襯底 上；
[0011] 2)按照1:2. 5~3. 5的摩爾比例將PbCljPCH3NH3I混合于有機溶劑中，配置成質(zhì) 量濃度為35~45%的先驅(qū)物溶液，然后旋涂在電子傳輸層膜上，在空氣中采用微波進行熱 處理，形成鈣鈦礦薄膜，微波功率80~640w，處理時間為2. 5~15分鐘；
[0012] 3)再在鈣鈦礦層上旋涂空穴傳輸層；
[0013] 4)最后采用蒸鍍法蒸鍍金屬電極作為電池的背電極，完成鈣鈦礦電池的制備。
[0014] 作為優(yōu)選，所述步驟1)的電子傳輸層的材料為Ti02、Zn02、PCBM或C60 ;厚度為 40-60nm〇
[0015] 作為優(yōu)選，所述步驟2)的PbCljPCH3NH3I的摩爾比為1:3,先驅(qū)物溶液的質(zhì)量濃 度為40%。
[0016] 優(yōu)選地，所述步驟2)的有機溶劑為二甲基甲酰胺溶液或者丁內(nèi)酯溶液；微波進 行熱處理的微波功率320W~560W，處理時間3~10分鐘。微波采用混模模式，頻率為 2. 45GHz〇
[0017] 再優(yōu)選，所述步驟3)的空穴傳輸層為sprio-OMeTAD、P3HT和PTAA中的一種或者 幾種材料，厚度為20-500nm。
[0018] 再優(yōu)選，所述步驟4)的金屬電極為Au電極或Ag電極，厚度為100-200nm。
[0019] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：提供了一種全新的加熱技術(shù)制備鈣鈦礦薄 膜，采用微波加熱方法來制備的鈣鈦礦薄膜，有效解決了傳統(tǒng)的加熱板和爐室加熱方法耗 時長、能量使用率低、接觸加熱不足的問題，不僅能大大縮減加熱的時間、非接觸加熱，還能 有效提高能量的使用效率，減小環(huán)境濕度對鈣鈦礦成膜的影響，而且基于此技術(shù)制備的鈣 鈦礦太陽能的性能接近于與傳統(tǒng)加熱方式制備的太陽能電池的效率。
【附圖說明】
[0020] 圖1(a)-圖1(f)是本發(fā)明提供的在微波功率320W下，不同時間內(nèi)鈣鈦礦薄膜的 生長顏色變化趨勢的光學(xué)形貌圖；
[0021] 圖2是本發(fā)明實施例2提供的在微波功率320W下，不同時間內(nèi)制備的鈣鈦礦薄膜 電池的電流電壓曲線；
[0022] 圖3是本發(fā)明實施例5提供的在空氣中濕度60%下經(jīng)不同加熱方式處理后鈣鈦礦 薄膜的J-V曲線圖，其中微波處理（MRAC)、空氣中傳統(tǒng)加熱處理（HAAC)、在手套箱氮氣保護 下傳統(tǒng)加熱處理（HAIA);
[0023] 圖4是本發(fā)明實施例5提供的經(jīng)不同加熱方式處理后鈣鈦礦薄膜的吸收光譜圖， 其中（a)為空氣中濕度60%下微波處理，（b)為空氣中傳統(tǒng)加熱處理，（c)為在手套箱氮氣 保護下傳統(tǒng)加熱處理；
[0024] 圖5是本發(fā)明實施例5提供的在空氣中濕度60%下經(jīng)不同加熱方式處理的鈣鈦礦 薄膜的X射線衍射圖，其中微波處理（MRAC)，空氣中傳統(tǒng)加熱處理（HAAC)，在手套箱氮氣保 護下傳統(tǒng)加熱處理（HAIA);
[0025] 圖6是本發(fā)明實施例5提供的在空氣中濕度60%下經(jīng)不同加熱方式處理后鈣鈦礦 薄膜的表面掃描電鏡測試圖，其中（a)為空氣中濕度60%下微波處理，（b)為空氣中傳統(tǒng)加 熱處理，（c)為在手套箱氮氣保護下傳統(tǒng)加熱處理；
[0026] 圖7是本發(fā)明提供的在微波功率320W下，不同的襯底的溫度測試與時間的關(guān)系 圖。
【具體實施方式】
[0027] 以下結(jié)合附圖實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述。
[0028] 實施例1
[0029] 首先，溶膠凝膠方法制備Ti02膠體，旋涂在清洗過的導(dǎo)電層FT0的玻璃襯底上，然 后500°C加熱處理30min，得到致密的電子傳輸層Ti02薄膜，厚度約為40nm。按照摩爾比 例1:3將PbCljPCH3NH3I混合于丁內(nèi)酯的溶液中，配置質(zhì)量比為40 %，然后旋涂在TiOj莫 上。在空氣中微波功率80W，處理14分鐘，微波采用混模模式，頻率為2. 45GHz，形成鈣鈦礦 薄膜。再在1丐鈦礦層上旋涂摻雜的sprio-OMeTAD空穴傳輸層，厚度約為400nm，最后蒸鍍 Au電極，厚度約為100nm，完成鈣鈦礦電池的制備。得到效率為9. 04%的光電轉(zhuǎn)換效率，其 它性能參數(shù)見附表格1。
[0030] 實施例2
[0031] 首先，溶膠凝膠方法制備Ti02膠體，旋涂在清洗過的導(dǎo)電層FT0的玻璃襯底上，然 后500°C加熱處理30min，得到致密的電子傳輸層Ti02薄膜，厚度約為40nm。按照摩爾比例 1:3將PbCljPCH3NH3I混合于