[发明专利]一种柔性叠层太阳电池及制备方法

权利要求书

1.一种柔性叠层太阳电池，其特征在于：至少包括：

透明衬底层(1)，所述透明衬底层(1)为带有纳钙玻璃或者柔性衬底的聚酰亚胺膜；其中聚酰亚胺膜的厚度范围是25μm～100μm；

在所述透明衬底层(1)上表面为背电极层(2)，所述背电极层(2)的厚度范围是100nm～1000nm；

在所述背电极层(2)的上表面为铜铟镓硒活性层(3)，所述铜铟镓硒活性层(3)的厚度范围是1μm～3μm；

在所述铜铟镓硒活性层(3)的上表面为CdS缓冲层(4)，所述CdS缓冲层(4)的厚度范围是30nm～100nm；

在所述CdS缓冲层(4)的上表面为窗口层(5)，所述窗口层(5)的厚度范围是100nm～500nm；

在所述窗口层(5)的上表面为中间层(6)，当所述中间层(6)为n型LiF，CsCO₃，C₆H₅COOLi，ZnO中的一种时，中间层(6)的厚度范围为10nm～120nm；当所述中间层(6)为p型氧化钼、MEH-PPV、PEDOT中的一种时，中间层(6)的厚度范围为30nm～150nm；

在所述中间层(6)的上表面为电子传输层(7)，所述电子传输层(7)为TiO2，ZnO，Al₂O₃、SiO₂中的一种，所述电子传输层(7)的厚度范围为50nm～300nm；

在所述电子传输层(7)的上表面为钙钛矿吸收层(8)，所述钙钛矿吸收层(8)的厚度范围为100nm～1000nm；

在所述钙钛矿吸收层(8)的上表面为空穴传输层(9)，所述空穴传输层(9)的厚度范围为100nm～1000nm；

在所述空穴传输层(9)的上表面为电极(10)。

2.根据权利要求1所述柔性叠层太阳电池，其特征在于：所述背电极层(2)的材料为钼、镍、铝、金、银、铜、钛中的一种。

3.根据权利要求2所述柔性叠层太阳电池，其特征在于：所述窗口层(5)的材料为i-ZnO、ZnO-Al、ITO中的一种。

4.一种如权利要求3所述柔性叠层太阳电池的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤101、清洁聚酰亚胺膜表面：

使用等离子体反溅刻蚀机，工作压强为0.3Pa，溅射功率为0.2kw，通过Ar对聚酰亚胺膜进行刻蚀清洁；清洁完成后剪裁至3cm*3cm的正方形；

步骤102、溅背电极层(2)：

选择钼、镍、铝、金、银、铜、钛中的一种，使用直流溅射，靶材纯度为99.99％，功率为0.6kw，工作压强为1.0Pa；溅射两层，其中第一层厚度为100nm，第二层厚度为400nm；

步骤103、蒸镀铜铟镓硒活性层(3)：

使用三步法制备铜铟镓硒薄膜，具体为在真空腔室中通过300℃-1200℃高温蒸发，使铜铟镓硒成分在衬底上发生化学反应，生成铜铟镓硒化合物；首先，真空腔室真空5×10^-4Pa，真空蒸镀铟镓硒薄膜预制层，温度分别为铟900℃、镓1000℃、硒300℃；厚度范围为300-800nm；然后再蒸镀铜铟镓硒材料，温度分别为铜1200℃、铟900℃、镓1000℃、硒300℃；厚度约为2μm；衬底都保持在450℃下；

步骤104、使用化学镀膜方式镀膜CdS缓冲层(4)：

醋酸氨、氨水、硫脲体积比例为2:3:1配置成500ml溶液，水浴温度70℃，将聚酰亚胺膜浸泡在溶液中反应30min；制得CdS薄膜厚度约为50nm；

步骤105、溅射窗口层窗口层(5)

使用射频磁控溅射方法溅射i-ZnO厚度为50nm，工作压强0.6Pa，功率0.8kw；使用直流磁控溅射方法溅射ZnO:Al，工作压强0.8Pa，功率1.0kw，ZnO:Al厚度约为350nm；

步骤106、使用蒸镀和旋涂的方式制备中间层(6)；

将厚度为1.0nm的P型LiF沉积在窗口层上(5)；具体制备环境为：本地真空度为5×10^-4Pa，使用膜厚监测仪观察到1.0nm时停止，蒸发时间为30min；

LiF制备完成后使用旋涂法制备PEDOT；旋涂转速4000r/min，工作时间15s，得到的LiF厚度约为100nm；

步骤107、利用磁控溅射的方法制造电子传输层(7)；

利用磁控溅射的方式制备TiO2薄膜；具体为使用纯度为99.99％的TiO₂靶材，工作环境的真空为5×10^-4Pa，工作压强0.5Pa，溅射功率0.5kw，溅射时间2h，所得TiO₂薄膜厚度为100nm；

步骤108、一步法制备钙钛矿吸收层(8)；具体过程为：

CH₃NH₃I的制备：分别取30mL质量百分数为57％的HI溶液和30mL质量百分数为40％的甲胺溶液，于三口圆底烧瓶中混合并在冰水浴中搅拌反应；5h后将反应所得产物置于100mL单口烧瓶中，通过旋转蒸发仪在50℃条件下旋蒸，所得产物通过乙醚清洗三次；随后用甲醇和乙醚的混合溶剂使产物重结晶，生成一种白色晶体，最后在真空干燥箱中干燥；

分别取等质量的PbI₂与CH₃NH₃I溶于一定量的DMF溶剂制备出1.5mM/mL的前驱体溶液；取200μL的前驱体溶液，设置匀胶机的旋涂转速为5000r/15s旋涂成膜，最后在120℃下退火90min处理得到钙钛矿吸收层(8)；

步骤109、旋涂法制备空穴传输层(9)；

将200μLSpiro-OMETAD溶液滴在钙钛矿吸收层薄膜上，设置旋涂转速4000r/min，时间30s，150退火处理1h；所得Spiro-OMETAD薄膜厚度为100nm；

步骤110、利用条形掩膜板，真空蒸镀100nm纯度99.999％的Au做电极，从而制成光伏电池器件。

5.一种如权利要求3所述柔性叠层太阳电池的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤201、使用纳钙玻璃作为衬底：

将3cm*3cm的纳钙玻璃在清洁剂中反复清洗后，再分别经异丙醇、丙酮和氯仿溶液浸泡并超声清洗，最后在红外烘箱中干燥待用；

步骤202、溅背电极层(2)：

选择钼、镍、铝、金、银、铜、钛中的一种，使用直流溅射，靶材纯度为99.99％，功率为0.6kw，工作压强为1.0Pa；溅射两层，其中第一层厚度为100nm，第二层厚度为400nm；

步骤203、蒸镀铜铟镓硒活性层(3)：

使用三步法制备铜铟镓硒薄膜，具体为在真空腔室中通过300℃-1200℃高温蒸发，使铜铟镓硒成分在衬底上发生化学反应，生成铜铟镓硒化合物；首先，真空腔室真空5×10^-4Pa，真空蒸镀铟镓硒薄膜预制层，温度分别为铟900℃、镓1000℃、硒300℃；厚度范围为300-800nm；然后再蒸镀铜铟镓硒材料，温度分别为铜1200℃、铟900℃、镓1000℃、硒300℃；厚度约为2μm；衬底都保持在450℃下；

步骤204、使用化学镀膜方式镀膜CdS缓冲层(4)：

醋酸氨、氨水、硫脲体积比例为2:3:1配置成500ml溶液，水浴温度70℃，将聚酰亚胺膜浸泡在溶液中反应30min；制得CdS薄膜厚度约为50nm；

步骤205、溅射窗口层窗口层(5)

使用射频磁控溅射方法溅射i-ZnO厚度为50nm，工作压强0.6Pa，功率0.8kw；使用直流磁控溅射方法溅射ZnO:Al，工作压强0.8Pa，功率1.0kw，ZnO:Al厚度约为350nm；

步骤206、使用蒸镀和旋涂的方式制备中间层(6)；

将厚度为1.0nm的P型LiF沉积在窗口层上(5)；具体制备环境为：本地真空度为5×10^-4Pa，使用膜厚监测仪观察到1.0nm时停止，蒸发时间为30min；

LiF制备完成后使用旋涂法制备PEDOT；旋涂转速4000r/min，工作时间15s，得到的LiF厚度约为100nm；

步骤207、利用磁控溅射的方法制造电子传输层(7)；

利用磁控溅射的方式制备TiO2薄膜；具体为使用纯度为99.99％的TiO₂靶材，工作环境的真空为5×10^-4Pa，工作压强0.5Pa，溅射功率0.5kw，溅射时间2h，所得TiO₂薄膜厚度为100nm；

步骤208、一步法制备钙钛矿吸收层(8)；具体过程为：

CH₃NH₃I的制备：分别取30mL质量百分数为57％的HI溶液和30mL质量百分数为40％的甲胺溶液，于三口圆底烧瓶中混合并在冰水浴中搅拌反应；5h后将反应所得产物置于100mL单口烧瓶中，通过旋转蒸发仪在50℃条件下旋蒸，所得产物通过乙醚清洗三次；随后用甲醇和乙醚的混合溶剂使产物重结晶，生成一种白色晶体，最后在真空干燥箱中干燥；

分别取等质量的PbI₂与CH₃NH₃I溶于一定量的DMF溶剂制备出1.5mM/mL的前驱体溶液；取200μL的前驱体溶液，设置匀胶机的旋涂转速为5000r/15s旋涂成膜，最后在120℃下退火90min处理得到钙钛矿吸收层(8)；

步骤209、旋涂法制备空穴传输层(9)；

将200μLSpiro-OMETAD溶液滴在钙钛矿吸收层薄膜上，设置旋涂转速4000r/min，时间30s，150退火处理1h；所得Spiro-OMETAD薄膜厚度为100nm；

步骤210、利用条形掩膜板，真空蒸镀100nm纯度99.999％的Au做电极，从而制成光伏电池器件。