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CN117355190A - 一种基于超声工艺的钙钛矿钝化方法及叠层太阳能电池 - Google Patents

一种基于超声工艺的钙钛矿钝化方法及叠层太阳能电池 Download PDF

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CN117355190A
CN117355190A CN202311526368.7A CN202311526368A CN117355190A CN 117355190 A CN117355190 A CN 117355190A CN 202311526368 A CN202311526368 A CN 202311526368A CN 117355190 A CN117355190 A CN 117355190A
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CN
China
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段磊平
张瑜
易海芒
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Shenzhen Heijing Optoelectronic Technology Co ltd
Original Assignee
Shenzhen Heijing Optoelectronic Technology Co ltd
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Abstract

本发明提供的一种基于超声工艺的钙钛矿钝化方法，将已制备完钙钛矿吸收层的电池基底浸入钝化剂溶液中，并辅以超声处理，将钝化剂渗入到钙钛矿薄膜内部，从而可以在不改变钙钛矿吸收层成膜特性的前提下对钙钛矿吸收层的内部晶界及表面进行钝化，减少了内部缺陷的产生，提升钙钛矿薄膜的质量，通过该方法所得到的叠层太阳能电池具有更高的光电转换效率及稳定性。

Description

一种基于超声工艺的钙钛矿钝化方法及叠层太阳能电池
技术领域
本发明主要涉及太阳能电池技术领域，具体涉及一种基于超声工艺的钙钛矿钝化方法及叠层太阳能电池。
背景技术
太阳能作为被重视的新型清洁能源之一，具有资源量大、成本低廉的优势。利用光伏电池将太阳能转化为电能，是目前最有效利用太阳能的方式之一。其中，单晶硅、多晶硅等太阳能电池已有比较成熟的产业化技术。而近年来，钙钛矿太阳能电池受到科学界和工业界的广泛关注，该电池具有带隙可调节、激子束缚力小、光电转换效率高等优势。
目前晶硅/钙钛矿叠层太阳能电池的光电转换效率已经超过32%，虽然与理论值存在差距，但是相对于单结太阳能电池，仍然有很大的进步空间，其中，钙钛矿的钝化工艺也是影响整个器件性能及稳定性的重要因素。传统方法中是在制备得到的钙钛矿薄膜上沉积一次钝化层，从而实现钝化效果，然而这种方法对于钙钛矿薄膜内部的晶界却缺乏有效的钝化，导致薄膜内部的缺陷依旧很多，影响晶硅/钙钛矿叠层太阳能电池的光电转换效率及稳定性；或者在钙钛矿前驱液中加入钝化剂来实现晶界的钝化，虽然可以减少内部缺陷的产生，但同时会改变钙钛矿成膜性质，形成低质量钙钛矿薄膜。
发明内容
本发明的目的在于克服现有晶硅钙钛矿叠层太阳能电池中在无法有效地对晶硅/钙钛矿叠层太阳能电池内部薄膜进行钝化的问题，提出了一种基于超声工艺的钙钛矿钝化方法及叠层太阳能电池，通过将已制备完钙钛矿层的基底样片浸入钝化层分散液中并辅以超声处理，浸入结束后沥干并进行退火操作，从而得到均匀钝化的钙钛矿薄膜。相比于传统方法，该方法能够有效使得钝化剂渗透到钙钛矿薄膜内部，减少薄膜内部尤其是钙钛矿晶体界面处的缺陷，提升钙钛矿薄膜的质量，提高器件性能。
为达成上述目的，本发明提供的具体方案如下。
一种基于超声工艺的钙钛矿钝化方法，包括步骤：
提供一电池基底，在所述电池基底的表面上涂覆钙钛矿前驱液，进行退火处理从而得到钙钛矿吸收层，退火温度50~80度，退火时间5~40min，然后将所述电池基底浸入钝化剂溶液中并进行超声处理，超声时间120~360s，取出所述电池基底沥干，进行第二次退火处理，退火温度100~160度，退火时间5~40min，从而在所述钙钛矿吸收层的内部晶界及表面形成钝化层；
所述钝化剂溶液为丙二胺碘溶解于有机溶剂所得到的溶液，浓度为0.1~6mg/ml，所述有机溶剂包括甲醇、乙醇或异丙醇的至少一种。
在将钙钛矿前驱液涂覆在所述电池基底后，还可以进行旋涂处理，旋涂转速1000~6000rpm，旋涂时间为20~120s。
在一个实施例中，所述电池基底的制备包括：
提供一硅衬底，在所述硅衬底的一面依次制备基底钝化层、P型基底掺杂层以及第一导电层，在所述硅衬底的另一面依次制备基底表面钝化层、N型基底掺杂层、隧穿层以及空穴传输层，得到所述电池基底，其中所述钙钛矿吸收层在所述空穴传输层上形成。
具体地，所述第一导电层包括在P型基底掺杂层上依次形成的第一导电透明层及第一金属电极层。
在一个实施例中，所述基于超声工艺的钙钛矿钝化方法还包括在所述钝化层的表面依次形成电子传输层、缓冲层以及第二导电层。
具体地，所述第二导电层包括在所述缓冲层上依次形成的第二导电透明层及第二金属电极层。
本发明还提供一种上述方法制备的叠层太阳能电池，包括电池基底；以及依次设置在所述电池基底表面上的钙钛矿吸收层、钝化层、电子传输层、缓冲层以及第二导电层。
具体地，所述第二导电层包括在所述缓冲层上依次设置的第二导电透明层及第二金属电极层。
所述电池基底包括：晶硅层；以及在所述晶硅层一表面上依次设置的隧穿层及空穴传输层，所述钙钛矿吸收层设置在所述空穴传输层上；以及在所述晶硅层的另一表面上设置的第一导电层。
具体地，所述第一导电层包括在所述晶硅层的表面上依次设置的第一导电透明层及第一金属电极层。
具体地，所述晶硅层包括：硅衬底；以及在所述硅衬底一表面上依次设置的基底钝化层、P型基底掺杂层，所述第一导电层设置在所述P型基底掺杂层上；以及在所述硅衬底的另一面上依次制备的基底表面钝化层、N型基底掺杂层，所述隧穿层设置在所述N型基底掺杂层上。
本发明提供的基于超声工艺的钙钛矿钝化方法，将已制备完钙钛矿吸收层的电池基底浸入钝化剂溶液中，并辅以超声处理，将钝化剂渗入到钙钛矿薄膜内部，从而可以在不改变钙钛矿吸收层成膜特性的前提下对钙钛矿吸收层的内部晶界及表面进行钝化，减少了内部缺陷的产生，提升钙钛矿薄膜的质量，提高器件性能，通过该方法所得到的叠层太阳能电池具有更高的光电转换效率及稳定性。
附图说明
图1为本发明实施例的一种基于超声工艺的钙钛矿钝化方法步骤示意图。
图2为本发明实施例的一种叠层太阳能电池结构示意图。
1、电池基底；2、钙钛矿吸收层；
10、第一导电层；11、晶硅层；12、隧穿层；13、空穴传输层；21、钝化层；22、电子传输层；23、缓冲层、24、第二导电层。
101、第一金属电极层；102、第一导电透明层；111、P型基底掺杂层；112、基底钝化层；113、硅衬底；114、基底表面钝化层；115、N型基底掺杂层；241、第二导电透明层；242、第二金属电极层。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
请参阅图1，本发明实施例提供一种基于超声工艺的钙钛矿钝化方法，包括步骤：
提供一电池基底1，在所述电池基底1的表面上涂覆钙钛矿前驱液，进行退火处理从而得到钙钛矿吸收层2，退火温度50~80度，退火时间5~40min，然后将所述电池基底1浸入钝化剂溶液中并进行超声处理，超声时间120~360s，取出所述电池基底1沥干，进行第二次退火处理，退火温度100~160度，退火时间5~40min，从而在所述钙钛矿吸收层2的内部晶界及表面形成钝化层2；
所述钝化剂溶液为丙二胺碘溶解于有机溶剂所得到的溶液，浓度为0.1~6mg/ml，所述有机溶剂包括甲醇、乙醇或异丙醇的至少一种。
在其他实施方式中，所述钝化剂溶液也可以采用丙二胺溴(PDADBr)、丁基氯化胺(BACl)、丁基溴化胺(BABr)、丁基碘化胺(BAI)、N,N-二甲基-1,3-丙二胺盐酸盐(DMePDADCl)、十二二胺溴(DDDADBr)、氟化镁、氟化锂(LiF)、氟化钠(NaF)的至少一种溶解于有机溶剂制备，浓度为0.1~6mg/ml，所述有机溶剂包括甲醇、乙醇或异丙醇的至少一种。
传统方法在对钙钛矿薄膜进行钝化时，是在钙钛矿薄膜上方进行钝化层的制备，钝化材料难以渗透到钙钛矿薄膜的内部，而在钙钛矿前驱液中添加钝化剂又会影响到钙钛矿的结晶效果，从而影响成膜的质量。
本方法采用超声工艺对钙钛矿的钝化工艺进行辅助，不仅不会影响到已经形成钙钛矿晶体的结构，同时还能渗透入钙钛矿薄膜内部对晶界进行钝化，提高钝化效果，从而提高钙钛矿薄膜的性能及稳定性。
为了进一步地提高钝化效果，同时又不破坏形成的钙钛矿薄膜结果，本工艺在制备过程中采用两次退火的处理，第一次退火用低温烘干钝化溶剂，第二次退火目的让钝化剂与钙钛矿晶界和表面进行反应，使得钝化剂更完全的钝化缺陷。
在将钙钛矿前驱液涂覆在所述电池基底1后，还可以进行旋涂处理，旋涂转速1000~6000rpm，旋涂时间为20~120s。
所述钙钛矿吸收层2具体为ABX3结构，A位为有机阳离子，包括CH3NH3 +(MA+ )、NH2CH＝NH2 + (FA+)、CH3CH2NH3 +或Cs+中的至少一种。
B位是金属阳离子，包括Pb2+、Sn2+中的至少一种。
X位是卤素阴离子，包括F-、Cl-、Br-、I-中的至少一种。
所述钙钛矿前驱液的制备包括：称量0.5~3M钙钛矿粉末溶解于0.5~5mL有机溶剂中，得到钙钛矿前驱液。
有机溶剂包括二甲基甲酰胺 (DMF)、G-丁内酯 (GBL)、二甲基亚砜 (DMSO)和N,N-二甲基乙酰胺 (DMA)中的至少一种。
在其他实施例中，所述电池基底1也可以设置成表面具有绒面结构的层膜，在太阳能电池的生产应用中，绒面结构的不规则表面可以使得太阳光在表面的反射次数增加，可以有效地降低太阳能电池地表面反射率，提高器件的光吸收系数，从而来增加器件的光电转化效率，本申请所述的电子基底1具有绒面结构同样可以起到减少光反射的效果。
在一个实施例中，所述电池基底1的制备包括：提供一硅衬底113，在所述硅衬底113的一面依次制备基底钝化层112、P型基底掺杂层111以及第一导电层10，在所述硅衬底113的另一面依次制备基底表面钝化层114、N型基底掺杂层115、隧穿层12以及空穴传输层13，得到所述电池基底1，其中所述钙钛矿吸收层2在所述空穴传输层13上形成，所述第一导电层10包括在所述P型基底掺杂层111上依次形成的第一导电透明层102及第一金属电极层101。
在所述硅衬底113两个表面形成的基底钝化层112和基底表面钝化层114均是钝化结构，可以饱和半导体表面处的悬挂键，降低表面活性，增加表面的清洁程序 ，避免由于表面层引入杂质而形成复合中心，由此来降低少数载流子的表面复合速率；具体地，所述基底钝化层112和基底表面钝化层114可以采用气相沉积法、原子层沉积法等方法形成。
在本实施例中，所述P型基底掺杂层111和N型基底掺杂层115可以采用扩散的方式形成，具体地，采用磷源/氮源在硅衬底113上进行扩散形成掺杂结构，分别得到所述P型基底掺杂层111和N型基底掺杂层115。
所述第一导电透明层102可以采用磁控溅射法，将待制备的基底样片置于磁控溅射设备中，控制功率在50~200W之间，设置靶材，溅射形成所述第一导电透明层102；所述第一金属电极层101层采用蒸镀法，将待制备的基底样片放置于掩模板上进行蒸镀，蒸镀真空度为5×10-5~2×10-4 Pa，蒸镀温度在500~2000℃，蒸发速率为0.1~5 Å/S，蒸镀金属材料从而形成所述第一金属电极层101。
在本实施例中，所述隧穿层12采用采用原子层沉积法、磁控溅射法或湿化学法的其中一种制备，可以消除晶硅电池和钙钛矿电池直接串联所产生的电性不匹配和器件不稳定的问题。
在本实施例中，所述空穴传输层13采用旋涂法制备，将空穴传输层分散液均匀涂覆在所述隧穿层12的表面，旋涂转速为1000-5000rpm，旋涂时间为10-100s，旋涂结束后，进行退火操作，退火温度为300-600℃，退火时间为10-50 min，得到空穴传输层13。
在本实施例中，所述空穴传输层13还可以采用磁控溅射法制备，将待制备的基底样片置于磁控溅射设备中，控制功率为30-90W，溅射得到所述空穴传输层13。
在一个实施例中，所述基于超声工艺的钙钛矿钝化方法还包括在所述钝化层21的表面上依次形成电子传输层22、缓冲层23以及第二导电层24，所述第二导电层24包括在所述缓冲层23上依次形成的第二导电透明层241及第二金属电极层242。
所述电子传输层22采用旋涂法制备，将电子传输层分散液均匀涂覆在所述钝化层21的表面，旋涂转速为500-4000rpm，旋涂时间为10-80s，得到所述电子传输层22。
所述电子传输层22还可以采用蒸镀法制备，将电子传输层材料蒸发至所述钝化层21的表面，蒸镀真空度为5×10-5~5×10-4 Pa，蒸镀温度在100-400℃，蒸发速率在0.05-1Å/S，得到所述电子传输层22。
所述缓冲层23采用原子层沉积法制备，将缓冲层材料利用原子层沉积设备沉积至所述电子传输层22的表面，沉积真空度为0~1×104 Pa,沉积管道温度在50~150℃之间，沉积腔室温度为40~150℃，得到所述缓冲层23。
所述缓冲层23还可以采用蒸镀法制备，将缓冲层材料蒸发至所述电子传输层22的表面，蒸镀真空度为6×10-5~4×10-4 Pa，蒸镀温度在100~500℃，蒸发速率在0.05~1 Å/S，得到所述缓冲层23。
在本实施例中，所述第二导电层24可以采用与所述第一导电层10一样的方法制备，具体地，所述第二导电透明层241可以采用磁控溅射法，将待制备的基底样片置于磁控溅射设备中，控制功率在50~200W之间，设置靶材，溅射形成所述第二导电透明层241；所述第一金属电极层101采用蒸镀法，将待制备的基底样片放置于掩模板上进行蒸镀，蒸镀真空度为5×10-5~2×10-4 Pa，蒸镀温度在500~2000℃，蒸发速率为0.1~5 Å/S，蒸镀金属材料从而形成所述第二金属电极层242。
本实施例提供的基于超声工艺的钙钛矿钝化方法，将已制备完钙钛矿吸收层的电池基底浸入钝化剂溶液中，并辅以超声处理，将钝化剂渗入到钙钛矿薄膜内部，从而可以在不改变钙钛矿吸收层成膜特性的前提下对钙钛矿吸收层的内部晶界及表面进行钝化，减少了内部缺陷的产生，提升钙钛矿薄膜的质量，提高器件性能。
请参阅图2，本发明实施例还提供一种由上述基于超声工艺的钙钛矿钝化方法得到的叠层太阳能电池，包括电池基底1；以及依次设置在所述电池基底1表面上的钙钛矿吸收层2、钝化层21、电子传输层22、缓冲层23以及第二导电层24。
具体地，所述第二导电层24包括在所述缓冲层23上依次设置的第二导电透明层241及第二金属电极层242。
在其他实施例中，所述电池基底1的表面上可以设置为绒面结构，因此，在所述电池基底1表面上形成的钙钛矿吸收层2、钝化层21、电子传输层22、缓冲层23以及第二导电层24可以同样为具有绒面结构的膜层，绒面结构的不规则表面可以使得太阳光在表面的反射次数增加，可以有效地降低太阳能电池地表面反射率，提高器件的光吸收系数，从而来增加器件的光电转化效率。
在本实施例中，所述钙钛矿吸收层2具体为ABX3结构，A位为有机阳离子，包括CH3NH3 +(MA+ )、NH2CH＝NH2 + (FA+)、CH3CH2NH3 +或Cs+中的至少一种。
B位是金属阳离子，包括Pb2+、Sn2+中的至少一种。
X位是卤素阴离子，包括F-、Cl-、Br-、I-中的至少一种。
所述钙钛矿吸收层2上的钝化层21可以降低所述钙钛矿吸收层2的表面活性，使表面的载流子复合效率降低，从而来提高器件的光电转化效率；具体地，所述钝化层21为丙二胺碘、丙二胺溴(PDADBr)、丁基氯化胺(BACl)、丁基溴化胺(BABr)、丁基碘化胺(BAI)、N,N-二甲基-1,3-丙二胺盐酸盐 (DMePDADCl)、十二二胺溴(DDDADBr)、氟化镁、氟化锂(LiF)、氟化钠(NaF) 中的至少一种组成。
所述电子传输层22可有效地起到运输电子并阻挡空穴的作用，具体地，所述电子传输层采用氧化锌(ZnO)、二氧化锡(SnO2)、二氧化钛(TiO2)、[6 ,6]-苯基C61丁酸甲酯(PC61BM)、碳60(C60)、2,9-二甲基-4,7-二苯基-1,10-菲啰啉(BCP)中的至少一种组成。
所述缓冲层23可有效改善界面间的能带失配、载流子复合及化学反应等问题, 进而提高钙钛矿电池中的电荷分离及收集效率, 实现界面及稳定性问题的有效改善，具体地，所述缓冲层23采用氧化锌(ZnO)、二氧化锡(SnO2)、二氧化钛(TiO2) 中的至少一种组成。
所述第二导电层24由第二导电透明层241及第二金属电极层242组成，起到导通电子并输出电流的作用，具体地，所述第二金属电极层242采用银(Ag)、金(Au)、铜(Cu)、铝(Al)、碳(C)中的至少一种组成；所述第二导电透明层241采用氧化铟锡(ITO)、铟锌氧化物(IZO)、氧化锌铝(AZO)中的至少一种。
在本实施例中，所述电池基底1包括晶硅层11；以及在所述晶硅层11一表面上依次设置的隧穿层12及空穴传输层13，所述钙钛矿吸收层2设置在所述空穴传输层13上；以及在所述晶硅层11的另一表面上设置的第一导电层10，所述第一导电层10包括在所述晶硅层11的表面上依次设置的第一导电透明层102及第一金属电极层101。
具体地，所述晶硅层11包括硅衬底113；以及在所述硅衬底113一表面上依次设置的基底钝化层112、P型基底掺杂层111，所述第一导电层10设置在所述P型基底掺杂层111上；以及在所述硅衬底113的另一面上依次制备的基底表面钝化层114、N型基底掺杂层115，所述隧穿层12设置在所述N型基底掺杂层115上。
所述隧穿层12可以采用二氧化硅等氧化物组成，可以在叠层电池的接触位置处产生隧穿电流，联接两个子电池。
所述空穴传输层13为聚[双 (4 苯基)(2，4，6 三甲基苯基)胺](PTAA)、聚-3己基噻吩(P3HT)、氧化镍(NiOx)、氧化钼(MoOx)、碘化亚铜(CuI)、硫氰酸亚铜(CuSCN)中的至少一种，可以起到传输空穴并阻挡电子传输的作用。
在本实施例中，所述空穴传输层13、钙钛矿吸收层2、钝化层21及电子传输层22组成一钙钛矿电池；所述P型基底掺杂层111、基底钝化层112、硅衬底113、基底表面钝化层114及N型基底掺杂层115构成晶硅层11，所述晶硅层11为一种晶硅电池，具体地，可以选择单晶硅、多晶硅或者非晶硅半导体形成的晶硅电池。通过隧穿层12连接两个电池形成串联结构，可以实现优异的表面钝化和载流子的选择性收集，从而提高器件的性能。
本发明提供一种叠层太阳能电池，包括电池基底1、钙钛矿吸收层2、钝化层21、电子传输层22、缓冲层23以及第二导电层24，所述钝化层21通过超声的方式渗入所述钙钛矿吸收层2中的晶界及表面，可以有效地钝化钙钛矿薄膜，减少膜内缺陷，从而提高器件的性能和稳定性。
下面提供具体的实施例及对比例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
提供一种叠层太阳能电池，包括第一金属电极层101、第一导电透明层102、P型基底掺杂层111、基底钝化层112、硅衬底113、基底表面钝化层114、N型基底掺杂层115、隧穿层12、空穴传输层13、钙钛矿吸收层2、钝化层21、电子传输层22、缓冲层23、第二导电透明层241、第二金属电极层242，采用如下方法制备，包括步骤：
步骤一：提供一硅衬底113，在所述硅衬底113背面依次制备基底钝化层112和P型基底掺杂层111，另一表面依次制备基底表面钝化层114和N型基底掺杂层115。
步骤二：利用磁控溅射法，设置ITO靶材，控制功率为60W，运行时间为1.5h，在P型基底掺杂层111上形成第一导电透明层102。
步骤三：利用蒸镀法，将上一步骤制备的基底样片放入蒸镀机腔室，待蒸镀真空度为2×10-4 Pa时进行蒸镀，调节蒸镀电压至蒸发温度，控制蒸发速率在2.5 Å/S，将银蒸镀至所述第一导电透明层102，得到第一金属电极层101。
步骤四：利用磁控溅射法，将上一步骤制备的基底样片置于掩模版后放置于磁控溅射设备中，控制功率为60W，运行时间为1h，在N型基底掺杂层115上形成隧穿层12，所述隧穿层12为二氧化硅。
步骤五：将上一步骤制备的基底样片采用UV-Ozone处理15 min，利用旋涂法，配备空穴传输层分散液，称取0.05 mol NiOx粉末溶解于1 ml超纯水中，超声震荡20 min；将空穴传输层分散液均匀涂覆在所述隧穿层12的表面，设置旋涂转速为2000rpm，旋涂时间为40s，溶液量为100ul；旋涂结束后，进行退火操作，退火温度为450℃，退火时间为30 min,得到空穴传输层13。
步骤六：称量1.7M钙钛矿粉末溶解于 1 ml DMF和DMSO溶剂中。溶剂比例为8：2，得到钙钛矿前驱液；取120ul的钙钛矿前驱液涂覆于上一步骤制备的基底样片的表面上，然后进行旋涂处理，旋涂转速为3500rpm；然后进行退火处理，退火温度为80℃，退火时间为15min；在所述空穴传输层13上形成钙钛矿吸收层2，厚度为500nm。
步骤七：将上一步骤制备得到的基底样片浸入钝化剂溶液中，超声处理60s，取出沥干并进行退火，退火温度为100℃，退火时间10min，得到所述钝化层21；所述钝化剂溶液为丙二胺碘溶于甲醇溶剂中制备得到，浓度为2mg/ml。
步骤八：利用蒸镀法，将上一步骤制备的基底样片放置于掩模版上，放入蒸镀机腔室，待蒸镀真空度为1×10-4 Pa时进行蒸镀，调节蒸镀电压至蒸发温度，控制蒸发速率在0.1-0.15Å/S，将C60蒸镀至所述钝化层21上，得到电子传输层22。
步骤九：利用原子层沉积法，设置原子层沉积设备真空度为0.5×104 Pa,沉积管道温度在60℃，沉积腔室温度70℃,将SnO2蒸镀至所述电子传输层22上，得到缓冲层23。
步骤十：利用磁控溅射法，设置IZO靶材，控制功率为50W，运行时间为1h，在所述缓冲层23上形成第二导电透明层241。
步骤十一：利用蒸镀法，将上一步骤制备的基底样片放入蒸镀机腔室，待蒸镀真空度为2×10-4 Pa时进行蒸镀，调节蒸镀电压至蒸发温度，控制蒸发速率在2.5 Å/S，将银蒸镀至所述第二导电透明层241，得到第二金属电极层242，最终得到一种叠层太阳能电池。
实施例2
提供一种叠层太阳能电池，与实施例1具有同样的器件结构，但制备方法与实施例1的区别在于步骤七中的超声处理时间为120s。
实施例3
提供一种叠层太阳能电池，与实施例1具有同样的器件结构，但制备方法与实施例1的区别在于步骤七中的超声处理时间为240s。
实施例4
提供一种叠层太阳能电池，与实施例1具有同样的器件结构，但制备方法与实施例1的区别在于步骤七中的超声处理时间为360s。
实施例5
提供一种叠层太阳能电池，与实施例1具有同样的器件结构，但制备方法与实施例1的区别在于步骤七中不采用超声处理。
实施例6
提供一种叠层太阳能电池，与实施例1具有同样的器件结构，但制备方法与实施例1的区别在于去除步骤七，在步骤六中钙钛矿前驱液中添加0.5mol%/mL 丙二胺碘。
利用太阳光模拟器，进行一个标准太阳光强校准，并对面积为1.0 cm2的以上实施例得到器件进行IV测试，设置起始电压为1.95V，截止电压为0V，量程为100 mA，其测试结果如下表所示：
器件 开路电压 （V） 短路电流（mA/cm2） 光电转化效率 （%） 效率衰减率（%/year）
实施例1 1.96 20.4 30.2 0.8
实施例2 1.98 20.8 32.4 0.3
实施例3 1.98 20.6 32.1 0.2
实施例4 1.98 20.7 32.2 0.3
实施例5 1.92 20.6 29.4 3.6
实施例6 1.90 20.2 28.8 4.4
本发明旨在提供一种基于超声工艺的钙钛矿钝化方法，在不改变钙钛矿从前驱体溶液到薄膜的成膜特性，保留了高质量的钙钛矿薄膜的情况下，同时完成高质量的钙钛矿膜层界面钝化以及钙钛矿膜层内部晶界钝化。
本发明也旨在优化了该超声钝化工艺的超声时间，在采用超声钝化工艺的实例1~4之中，实施例1具有最低的光电转化效率和开路电压，这表明其超声时间60s不足以使得钝化剂溶液渗入薄膜内部晶界完成钝化，实例2，3，4都有着相近的光电转换效率和开路电压，这表明超声时间120s就可以使得器件完成一个较高质量的钝化，进一步延长超声时间至240s和360s，相比于120s来说，没有明显的差别；而在实施例5和6中，没有采用超声钝化工艺，其钝化效果较差，所测得的光电转换效率及稳定性不佳，实施例6进一步说明，在制备钙钛矿薄膜时添加钝化剂同样会影响钙钛矿吸收层的整体成膜质量，从而影响其光电转换效率及稳定性。
上述实施例仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变形，这些对本发明权利要求进行等同替换后的技术方案，均落于本发明的保护范围，本发明的保护范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种基于超声工艺的钙钛矿钝化方法，包括步骤：
提供一电池基底，在所述电池基底的表面上涂覆钙钛矿前驱液，进行退火处理从而得到钙钛矿吸收层，退火温度50~80度，退火时间5~40min，然后将所述电池基底浸入钝化剂溶液中并进行超声处理，超声时间120~360s，取出所述电池基底沥干，进行第二次退火处理，退火温度100~160度，退火时间5~40min，从而在所述钙钛矿吸收层的内部晶界及表面形成钝化层；
所述钝化剂溶液为丙二胺碘溶解于有机溶剂所得到的溶液，浓度为0.1~6mg/ml，所述有机溶剂包括甲醇、乙醇或异丙醇的至少一种。
2.根据权利要求1所述的基于超声工艺的钙钛矿钝化方法，其特征在于，所述钙钛矿前驱液的制备包括：
称量0.5~3M钙钛矿粉末溶解于0.5~5mL有机溶剂中，得到钙钛矿前驱液，
所述有机溶剂包括二甲基甲酰胺 (DMF)、G-丁内酯 (GBL)、二甲基亚砜 (DMSO)或N,N-二甲基乙酰胺 (DMA)中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的基于超声工艺的钙钛矿钝化方法，其特征在于，所述钝化剂溶液采用丙二胺溴(PDADBr)、丁基氯化胺(BACl)、丁基溴化胺(BABr)、丁基碘化胺(BAI)、N,N-二甲基-1,3-丙二胺盐酸盐 (DMePDADCl)、十二二胺溴(DDDADBr)、氟化镁、氟化锂(LiF)、氟化钠(NaF)的至少一种溶解于有机溶剂制备，浓度为0.1~6mg/ml，所述有机溶剂包括甲醇、乙醇或异丙醇的至少一种。
4.根据权利要求1所述的基于超声工艺的钙钛矿钝化方法，其特征在于，在将钙钛矿前驱液涂覆在所述电池基底后，进行旋涂处理，旋涂转速1000~6000rpm，旋涂时间为20~120s。
5.根据权利要求1~4任一项所述的基于超声工艺的钙钛矿钝化方法，其特征在于，所述电池基底的制备包括：
提供一硅衬底，在所述硅衬底的一面依次制备基底钝化层、P型基底掺杂层以及第一导电层，在所述硅衬底的另一面依次制备基底表面钝化层、N型基底掺杂层、隧穿层以及空穴传输层，得到所述电池基底，其中所述钙钛矿吸收层在所述空穴传输层上形成。
6.根据权利要求5所述的基于超声工艺的钙钛矿钝化方法，其特征在于，所述第一导电层包括在P型基底掺杂层上依次形成的第一导电透明层及第一金属电极层。
7.根据权利要求1~4任一项所述的基于超声工艺的钙钛矿钝化方法，其特征在于，所述基于超声工艺的钙钛矿钝化方法还包括在所述钝化层上依次形成电子传输层、缓冲层以及第二导电层。
8.根据权利要求7所述的基于超声工艺的钙钛矿钝化方法，其特征在于，所述第二导电层包括在所述缓冲层上依次形成的第二导电透明层及第二金属电极层。
9.一种叠层太阳能电池，采用权利要求1~8任一项所述的基于超声工艺的钙钛矿钝化方法制备而成，其特征在于，包括电池基底；以及依次设置在所述电池基底表面上的钙钛矿吸收层、钝化层、电子传输层、缓冲层以及第二导电层。
10.根据权利要求9所述的叠层太阳能电池，其特征在于，所述电池基底包括晶硅层；以及在所述晶硅层一表面上依次设置的隧穿层及空穴传输层，所述钙钛矿吸收层设置在所述空穴传输层上；以及在所述晶硅层的另一表面上设置的第一导电层。
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