[发明专利]一种柔性叠层太阳电池及制备方法

摘要

本发明公开了一种柔性叠层太阳电池及制备方法，涉及太阳电池技术领域，柔性叠层太阳电池依次包括透明衬底；位于上述透明导电衬底上的背电极层；位于上述背电极层上的铜铟镓硒活性层；位于上述铜铟镓硒活性层上的CdS缓冲层；位于上述CdS缓冲层上的窗口层；位于上述窗口层上的中间层；位于上述中间层上的电子传输层；位于上述电子传输层上的钙钛矿吸收层；位于上述钙钛矿吸收层上的空穴传输层；位于上述空穴传输层上的电极。该叠成太阳电池采用铜铟镓硒/钙钛矿作为光吸收层，可以最大限度提高对光的吸收，提高电池效率；另外，使用柔性衬底可以实现roll‑to‑roll工艺，使得大批量生产成为可能，提高在商业应用中的前景。

主权项

一种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n型LiF沉积在窗口层(5)上；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200μL Spiro‑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。