CN108511610A - 一种全喷涂钙钛矿太阳能电池制备方法及装置 - Google Patents

一种全喷涂钙钛矿太阳能电池制备方法及装置 Download PDF

Info

Publication number
CN108511610A
CN108511610A CN201810232410.7A CN201810232410A CN108511610A CN 108511610 A CN108511610 A CN 108511610A CN 201810232410 A CN201810232410 A CN 201810232410A CN 108511610 A CN108511610 A CN 108511610A
Authority
CN
China
Prior art keywords
spraying
electrostatic
perovskite
slurry
heating platform
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201810232410.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108511610B (zh
Inventor
朱同波
文贵华
张继远
叶金花
刘建国
吴聪萍
邹志刚
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
KUNSHAN SUNLAITE NEW ENERGY CO Ltd
Kunshan Innovation Institute of Nanjing University
Original Assignee
KUNSHAN SUNLAITE NEW ENERGY CO Ltd
Kunshan Innovation Institute of Nanjing University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by KUNSHAN SUNLAITE NEW ENERGY CO Ltd, Kunshan Innovation Institute of Nanjing University filed Critical KUNSHAN SUNLAITE NEW ENERGY CO Ltd
Priority to CN201810232410.7A priority Critical patent/CN108511610B/zh
Publication of CN108511610A publication Critical patent/CN108511610A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108511610B publication Critical patent/CN108511610B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10KORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K71/00Manufacture or treatment specially adapted for the organic devices covered by this subclass
    • H10K71/10Deposition of organic active material
    • H10K71/12Deposition of organic active material using liquid deposition, e.g. spin coating
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05BSPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B5/00Electrostatic spraying apparatus; Spraying apparatus with means for charging the spray electrically; Apparatus for spraying liquids or other fluent materials by other electric means
    • B05B5/08Plant for applying liquids or other fluent materials to objects
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05BSPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B5/00Electrostatic spraying apparatus; Spraying apparatus with means for charging the spray electrically; Apparatus for spraying liquids or other fluent materials by other electric means
    • B05B5/08Plant for applying liquids or other fluent materials to objects
    • B05B5/087Arrangements of electrodes, e.g. of charging, shielding, collecting electrodes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05DPROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D1/00Processes for applying liquids or other fluent materials
    • B05D1/02Processes for applying liquids or other fluent materials performed by spraying
    • B05D1/04Processes for applying liquids or other fluent materials performed by spraying involving the use of an electrostatic field
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10KORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K71/00Manufacture or treatment specially adapted for the organic devices covered by this subclass
    • H10K71/40Thermal treatment, e.g. annealing in the presence of a solvent vapour
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/549Organic PV cells

Abstract

本发明公开了一种全喷涂钙钛矿太阳能电池制备方法,包括依序在导电基底上进行电子传输层浆料静电喷涂及烧结、介孔层浆料静电喷涂及烧结、间隔层浆料静电喷涂及烧结、碳层浆料静电喷涂及烧结,依次制得电子传输层、介孔层、间隔层和碳层;然后在碳层上进行钙钛矿前驱液静电喷涂,在静电场和重力作用下使钙钛矿前驱液渗入介孔层和间隔层,烘干后即制得钙钛矿太阳能电池。本发明还公开了一种全喷涂钙钛矿太阳能电池制备装置,包括静电场发生器、交变电场发生器、雾化喷嘴和加热平台。本发明喷涂各功能层后进行了采用静电场、交变电场进行后续处理,使各功能层的均匀度明显提升。

Description

一种全喷涂钙钛矿太阳能电池制备方法及装置
技术领域
本发明涉及一种全喷涂钙钛矿太阳能电池制备方法及装置,属于光伏技术领域。
背景技术
钙钛矿太阳能电池的最高效率已由2009年的3.8%迅速提升至2016年的22.1%,效率已达到应用要求,但钙钛矿材料对水分敏感,效率不稳定的缺点阻止了其工业化发展。碳基结构电池因具有较高的稳定性及较低的制备成本,工业化前景较好,2016年效率已达到15.3%,然而大面积组件(有效面积:74cm2)效率仅10%,这主要由电子收集困难与大面积上结晶较差等因素所造成的,目前钙钛矿溶液的大面积结晶无相关专用设备,钙钛矿层制备主要通过喷涂或滴涂钙钛矿前驱液方式进行。
2013年12月11日中国专利数据库中公开了一件名称为“基于钙钛矿类吸光材料的介观太阳能电池及其制备方法”的专利申请,申请号为:201310297115.7,具体为公开了:使用全印刷方式制备碳基PSC,介孔纳米晶层、间隔层和空穴收集层使用印刷方式制备,烧结温度在400-500℃。其制备方法较为复杂;其次钙钛矿层使用滴涂方式制备,钙钛矿结晶受介孔层、间隔层和碳层的孔径大小等多因素影响,难以获得较优晶体,尤其在大面积制备上这一困难更为明显,为获得较好的钙钛矿层晶体,碳层的孔径较大,牺牲了部分导电性,影响了空穴的收集。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足,提供一种全喷涂钙钛矿太阳能电池制备方法及装置,解决现有技术中钙钛矿太阳能电池中钙钛矿层在碳层、间隔层及介孔层中不均、难以获得较优晶体的技术问题。
为解决上述技术问题,本发明提供的全喷涂钙钛矿太阳能电池制备方法所采用的技术方案是:包括水平设置的加热平台、垂直于加热平台设置的静电场、平行于加热平台的交变电场;所述制备方法包括如下步骤:
将导电基底置于加热平台上,开启垂直于加热平台的静电场,在导电基底上表面依序进行电子传输层浆料静电喷涂及烧结、介孔层浆料静电喷涂及烧结、间隔层浆料静电喷涂及烧结、碳层浆料静电喷涂及烧结,依次制备电子传输层、介孔层、间隔层和碳层;
对上述制得的导电基底进行钙钛矿前驱液静电喷涂,在静电场和重力作用下使钙钛矿前驱液渗入介孔层和间隔层,即制得钙钛矿太阳能电池。
进一步的,制备电子传输层的具体方法如下:
将雾化后的电子传输层浆料静电喷涂于导电基底上;
将平行于加热平台的两组交变电场的最高强度调节为20~500V/cm,频率调节为50~400Hz,开启调节到位的交变电场同时对喷涂电子传输层浆料的导电基底进行机械震动处理,保持10~60s后关闭;
将垂直于加热平台的静电场的最高强度调节为300~1000V/cm,开启调节到位的静电场,控制加热平台的表面温度为300~500℃,对喷涂电子传输层浆料的导电基底烧结30~120min。
进一步的,静电喷涂介孔层浆料、间隔层浆料和碳层浆料后需分别进行如下处理:
将平行于加热平台的两组交变电场的最高强度调节为200~1000V/cm,频率调节为50~400Hz,开启调节到位的交变电场同时对喷涂浆料后的功能层进行机械震动处理,保持10~60s后关闭;
将垂直于加热平台的静电场的最高强度调节为300~1000V/cm,开启调节到位的静电场,控制加热平台的表面温度为200~600℃,对喷涂浆料后的功能层烧结30~120min。
进一步的,喷涂钙钛矿前驱液后需进行如下处理:
将平行于加热平台的两组交变电场的最高强度调节为20~1000V/cm,频率调节为50~100Hz,开启调节到位的交变电场对喷涂钙钛矿前驱液后的导电基底进行机械震动处理,保持10~60s后关闭;
调节垂直于加热平台的静电场强度为500~2000V/cm,开启调节到位的静电场,室温静置10-20min,然后控制加热平台的表面温度为30~100℃,对喷涂钙钛矿前驱液后的导电基底烧结30~120min。
进一步的,电子传输层浆料静电喷涂前需对导电基底进行预处理,具体方法为:
所述电子传输层浆料固含量为0.5-3%,主体成分为二氧化钛、氧化锌、氧化锡、氧化铌、锡酸钡中的一种或多种混合物、所述介孔层浆料固含量为3-10%,主体成分为二氧化钛、氧化锌、氧化锡、氧化铌、锡酸钡中的一种或多种混合物;所述间隔层浆料为固含量3-10%,主体成分为氧化锆、二氧化硅、氧化铝、氧化铟、氧化镓、硫化镉中的一种或多种混合物;所述碳层浆料固含量为3-10%,主体成分为炭黑、石墨、石墨烯、碳纳米管中的一种或多种混合物;所述钙钛矿层以钙钛矿结构ABX3的晶体作为主体,其中A为CH3NH3 +,B为Pb2 +,X为I-、Br-或Cl-中的一种或多种,钙钛矿前驱液固含量为5-30%。
本发明还提供了一种全喷涂钙钛矿太阳能电池制备装置,包括静电场发生器、交变电场发生器、用于将待喷涂溶液或浆料雾化的雾化喷嘴和水平设置的加热平台,所述雾化喷嘴设于加热平台上方;所述静电场发生器的两电压输出端分别连接上平板电极、下平板电极,所述下平板电极紧贴加热平台的上工作面设置;所述交变电场发生器设置有两个,其中一个交变电场发生器的两电压输出端分别连接左平板电极和右平板电极,另一交变电场发生器的两电压输出端分别连接前平板电极和后平板电极。
进一步的,所述加热平台的底部还设有震动装置。
进一步的,所述震动装置采用可快速启停的振动器,所述振动器使用线性马达。
进一步的,所述加热平台上还设有水平调节装置。
与现有技术相比,本发明所达到的有益效果是:
利用静电喷涂方式将物料喷涂至导电基板上,通过开启上下方向的静电场、平行于台面的两个交变电场及震动装置,明显提升了各功能层的均匀度,可获得更优秀的层间界面接触,利于电子与空穴的传输;
通过震动装置与垂直于导电基底/加热平台方向的静电场,可实现钙钛矿前驱液在多孔层中的快速充分渗透;
烧结与烘干过程中,静电场的存在可改变物料体系的吉布斯自由能,利于调控结晶状态;静电场的存在使致密层与介孔层纳米颗粒接触紧密,实现快速的电子传输;
附图说明
图1是本发明提供的全喷涂钙钛矿太阳能电池制备装置的结构示意图;
图2是本发明提供的全喷涂钙钛矿太阳能电池制备装置中加热平台与各平板电极的位置关系图;
图中:1、震动装置;2、加热平台;31、上平板电极;32、下平板电极;33、上下静电场发生器,41、左平板电极;42、右平板电极;43、左右方向交变电场发生器;51、前平板电极;52、后平板电极;53、前后方向交变电场发生器;6、雾化喷嘴。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案,而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1、图2所示,是本发明提供的全喷涂钙钛矿太阳能电池制备装置,包括静电场发生器、交变电场发生器、用于将待喷涂溶液或浆料雾化的雾化喷嘴和水平设置的加热平台,雾化喷嘴设于加热平台上方。静电场发生器的两电压输出端分别连接上平板电极、下平板电极,下平板电极紧贴加热平台的上工作面设置。加热平台的底部还设有震动装置,震动装置采用可快速启停的振动器,振动器使用线性马达。交变电场发生器设置有两个,其中一个为左右方向交变电场发生器,其两电压输出端分别连接左平板电极和右平板电极;另一个为前后方向交变电场发生器,其两电压输出端分别连接前平板电极和后平板电极。
为了确保紧贴加热平台的上工作面设置的下平板电极保持水平,加热平台上还设有水平调节装置。
加热平台采用预氧化镍铬电热合金加热丝。为便于温度监测,加热平台上设置多个温度传感器,以进行多点温度采集。
各平板电极之间的电场强度可通过改变两平板电极之间的距离和调节电场发生器的输出电压实现。
各平板电极采用经过抛光处理的铜质平板电极。
本发明还提供了一种全喷涂钙钛矿太阳能电池制备方法,该制备方法可采用上述制备装置实现,具体包括如下步骤:
步骤一:对导电基底进行预处理:
依次采用去离子水、丙酮、乙醇对导电基底进行超声清洗,氮气吹干后使用UVO处理15min,放置于加热平台上;
步骤二:电子传输层制备:
将垂直于加热平台的静电场的电场强度调节为2000-4000V/cm,开启调节到位的静电场,将雾化后的电子传输层浆料静电喷涂于导电基底上;
将平行于加热平台的交变电场的最高强度调节为20~500V/cm,频率调节为50~400Hz,开启调节到位的交变电场同时对喷涂电子传输层浆料的导电基底进行机械震动处理,保持10~60s后关闭;
将垂直于加热平台的静电场的最高强度调节为300~1000V/cm,开启调节到位的静电场,控制加热平台的表面温度为300~500℃,对喷涂电子传输层浆料的导电基底烧结30~120min。
电子传输层浆料固含量为0.5-3%,主体成分为二氧化钛、氧化锌、氧化锡、氧化铌、锡酸钡及相应的掺杂物质中的一种或多种混合物。
步骤三:介孔层制备:
将垂直于加热平台的静电场的电场强度调节为2000-4000V/cm,开启调节到位的静电场,将雾化后的介孔层浆料静电喷涂于步骤二所制得的电子传输层上;
将平行于加热平台的交变电场的最高强度调节为200~1000V/cm,频率调节为50~400Hz,开启调节到位的交变电场同时对喷涂介孔层浆料后的导电基座进行机械震动处理,保持10~60s后关闭;
将垂直于加热平台的静电场的最高强度调节为300~1000V/cm,开启调节到位的静电场,控制加热平台的表面温度为200~600℃,对喷涂介孔层浆料后的导电基座烧结30~120min。
所述介孔层浆料固含量为3-10%,主体成分为二氧化钛、氧化锌、氧化锡、氧化铌、锡酸钡及相应的掺杂物质中的一种或多种混合物。
步骤四:间隔层制备:
将垂直于加热平台的静电场的电场强度调节为2000-4000V/cm,开启调节到位的静电场,将雾化后的间隔层浆料静电喷涂于步骤三所制得的介孔层上;
将平行于加热平台的交变电场的最高强度调节为200~1000V/cm,频率调节为50~400Hz,开启调节到位的交变电场同时对喷涂间隔层浆料后的导电基座进行机械震动处理,保持10~60s后关闭;
将垂直于加热平台的静电场的最高强度调节为300~1000V/cm,开启调节到位的静电场,控制加热平台的表面温度为200~600℃,对喷涂间隔层浆料后的导电基座烧结30~120min。
所述间隔层浆料为固含量3-10%,主体成分为氧化锆、二氧化硅、氧化铝、氧化铟、氧化镓、硫化镉及相应的掺杂物质中的一种或多种混合物。
步骤五:碳层制备:
将垂直于加热平台的静电场的电场强度调节为2000-4000V/cm,开启调节到位的静电场,将雾化后的碳层浆料静电喷涂于步骤四所制得的间隔层上;
将平行于加热平台的交变电场的最高强度调节为200~1000V/cm,频率调节为50~400Hz,开启调节到位的交变电场同时对喷涂碳层浆料后的导电基座进行机械震动处理,保持10~60s后关闭;
将垂直于加热平台的静电场的最高强度调节为300~1000V/cm,开启调节到位的静电场,控制加热平台的表面温度为200~600℃,对喷涂碳层浆料后的导电基座烧结30~120min。
所述碳层浆料固含量为3-10%,主体成分为炭黑、石墨、石墨烯、碳纳米管及相应的掺杂物质中的一种或多种混合物。。
步骤六:喷涂钙钛矿前驱液:
将垂直于加热平台的静电场的电场强度调节为2000-4000V/cm,开启调节到位的静电场,将雾化后的钙钛矿前驱液静电喷涂于步骤五所制得的碳层上;
将平行于加热平台的交变电场的最高强度调节为20~1000V/cm,频率调节为50~100Hz,开启调节到位的交变电场对喷涂钙钛矿前驱液后的导电基底进行机械震动处理,保持10~60s后关闭;
调节垂直于加热平台的静电场强度为500~2000V/cm,开启调节到位的静电场,室温静置10-20min,然后控制加热平台的表面温度为30~100℃,对喷涂钙钛矿前驱液后的导电基底烧结30~120min。
所述钙钛矿层以钙钛矿结构ABX3的晶体作为主体,其中A为CH3NH3 +,B为Pb2 +,X为I-、Br-或Cl-中的一种或多种,钙钛矿前驱液固含量为5-30%。
下面结合具体实施例对本发明提供的全喷涂钙钛矿太阳能电池制备方法做进一步详细说明。
实施例一:
①导电基底预处理
将导电基底依次使用去离子水、丙酮、乙醇分别超声清洗15min,氮气吹干后使用UVO处理15min,放置于加热平台上。导电基底采用FTO基板。
②电子传输层制备
设定上平板电极31与下平板电极32间静电场强度为2500V/cm,将0.5%的TiO2致密层溶液静电喷涂于FTO基板上,开启震动装置1,调节设定左平板电极41与右平板电极42间交变电场频率为100Hz,最高强度为30V/cm,调节设定前平板电极51与后平板电极52间交变电场频率为100Hz,最高强度为30V/cm,同时开启震动装置1,保持10s后关闭;调节31与32间静电场强度为300V/cm,升温至450℃烧结30min。
③介孔层制备
设定上平板电极31与下平板电极32间静电场强度为3500V/cm,将固含量3%TiO2介孔层浆料喷涂于②所制得的电子传输层上,开启震动装置1,调节设定左平板电极41与右平板电极42间交变电场频率为100Hz,最高强度为500V/cm,调节设定前平板电极51与后平板电极52间交变电场频率为100Hz,最高强度为500V/cm,同时开启震动装置1,保持10s后关闭;调节上平板电极31与下平板电极32间静电场强度为300V/cm,450℃下保温30min。
④间隔层制备
设定上平板电极31与下平板电极32间静电场强度为4500V/cm,将固含量3%ZrO2介孔层浆料喷涂于③所制得的介孔层上,开启震动装置1,调节设定左平板电极41与右平板电极42间交变电场频率为200Hz,最高强度为500V/cm,调节设定前平板电极51与后平板电极52间交变电场频率为200Hz,最高强度为500V/cm,同时开启震动装置1,保持10s后关闭;调节上平板电极31与下平板电极32间静电场强度为300V/cm,400℃下保温30min。
⑤碳层制备
设定上平板电极31与下平板电极32间静电场强度为800V/cm,将固含量3%的碳层浆料静电喷涂于④所制得的间隔层上,开启震动装置1,调节设定左平板电极41与右平板电极42间交变电场频率为60Hz,最高强度为500V/cm,调节设定前平板电极51与后平板电极52间交变电场频率为60Hz,最高强度为500V/cm,同时开启震动装置1,保持10s后关闭;调节上平板电极31与下平板电极32间静电场强度为300V/cm,400℃下保温30min。
⑥喷涂钙钛矿前驱液
调节开启上下方向静电场强度为500V/cm,将10%的钙钛矿前驱液静电喷涂于温度为30℃的⑤所制得的碳层上,开启震动装置1,调节设定左平板电极41与右平板电极42间交变电场频率为100Hz,最高强度为800V/cm,调节设定前平板电极51与后平板电极52间交变电场频率为100Hz,最高强度为800V/cm,同时开启震动装置1,保持30s后关闭;调节上平板电极31与下平板电极32间静电场强度为1500V/cm,室温静置20min,50℃下烘干30min。
实施例二:
①导电基底预处理
将导电基底依次使用去离子水、丙酮、乙醇分别超声清洗15min,氮气吹干后使用UVO处理15min,放置于加热平台上。导电基底采用FTO基板。
②电子传输层制备
设定上平板电极31与下平板电极32间静电场强度为2500V/cm,将3%的SnO2致密层溶液静电喷涂于FTO基板上,开启震动装置1,调节设定左平板电极41与右平板电极42间交变电场频率为100Hz,最高强度为300V/cm,调节设定前平板电极51与后平板电极52间交变电场频率为100Hz,最高强度为300V/cm,同时开启震动装置1,保持10s后关闭;调节31与32间静电场强度为300V/cm,升温至500℃烧结30min。
③介孔层制备
设定上平板电极31与下平板电极32间静电场强度为3500V/cm,将固含量3%TiO2介孔层浆料喷涂于②所制得的电子传输层上,开启震动装置1,调节设定左平板电极41与右平板电极42间交变电场频率为100Hz,最高强度为300V/cm,调节设定前平板电极51与后平板电极52间交变电场频率为100Hz,最高强度为300V/cm,同时开启震动装置1,保持10s后关闭;调节上平板电极31与下平板电极32间静电场强度为300V/cm,450℃下保温30min。
④间隔层制备
设定上平板电极31与下平板电极32间静电场强度为4500V/cm,将固含量3%Al2O3介孔层浆料喷涂于③所制得的介孔层上,开启震动装置1,调节设定左平板电极41与右平板电极42间交变电场频率为200Hz,最高强度为300V/cm,调节设定前平板电极51与后平板电极52间交变电场频率为200Hz,最高强度为300V/cm,同时开启震动装置1,保持10s后关闭;调节上平板电极31与下平板电极32间静电场强度为300V/cm,400℃下保温30min。
⑤碳层制备
设定上平板电极31与下平板电极32间静电场强度为800V/cm,将固含量3%的碳层浆料静电喷涂于④所制得的间隔层上,开启震动装置1,调节设定左平板电极41与右平板电极42间交变电场频率为60Hz,最高强度为500V/cm,调节设定前平板电极51与后平板电极52间交变电场频率为60Hz,最高强度为500V/cm,同时开启震动装置1,保持10s后关闭;调节上平板电极31与下平板电极32间静电场强度为300V/cm,400℃下保温30min。
⑥喷涂钙钛矿前驱液
调节开启上下方向静电场强度为500V/cm,将10%的钙钛矿前驱液静电喷涂于温度为30℃的⑤所制得的碳层上,开启震动装置1,调节设定左平板电极41与右平板电极42间交变电场频率为100Hz,最高强度为800V/cm,调节设定前平板电极51与后平板电极52间交变电场频率为100Hz,最高强度为800V/cm,同时开启震动装置1,保持50s后关闭;调节上平板电极31与下平板电极32间静电场强度为2000V/cm,室温静置20min,50℃下烘干50min。
本发明利用喷涂方式代替印刷方式实现碳基钙钛矿电池中各层制备,震动装置与水平方向的两个交变电场可使得喷涂后的浆料较为平整均一,上下方向的静电场可使得喷涂后的浆料与下层实现优秀的界面接触,另外上下方向的静电场不仅可实现钙钛矿前驱液的充分渗透,还可改变钙钛矿前驱液体系的吉布斯自由能,易于在大面积上实现结晶调控。
以上所述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,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和变形,这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种全喷涂钙钛矿太阳能电池制备方法,包括水平设置的加热平台、垂直于加热平台设置的静电场、平行于加热平台的交变电场;其特征在于,所述制备方法包括如下步骤:
将导电基底置于加热平台上,开启垂直于加热平台的静电场,在导电基底上表面依序进行电子传输层浆料静电喷涂及烧结、介孔层浆料静电喷涂及烧结、间隔层浆料静电喷涂及烧结、碳层浆料静电喷涂及烧结,依次制备电子传输层、介孔层、间隔层和碳层;
对上述制得的导电基底进行钙钛矿前驱液静电喷涂,在静电场和重力作用下使钙钛矿前驱液渗入介孔层和间隔层,即制得钙钛矿太阳能电池。
2.根据权利要求1所述的全喷涂钙钛矿太阳能电池制备方法,其特征在于,制备电子传输层的具体方法如下:
将雾化后的电子传输层浆料静电喷涂于导电基底上;
将平行于加热平台的两组交变电场的最高强度调节为20~500V/cm,频率调节为50~400Hz,开启调节到位的交变电场同时对喷涂电子传输层浆料的导电基底进行机械震动处理,保持10~60s后关闭;
将垂直于加热平台的静电场的最高强度调节为300~1000V/cm,开启调节到位的静电场,控制加热平台的表面温度为300~500℃,对喷涂电子传输层浆料的导电基底烧结30~120min。
3.根据权利要求1或2所述的全喷涂钙钛矿太阳能电池制备方法,其特征在于,静电喷涂介孔层浆料、间隔层浆料和碳层浆料后需分别进行如下处理:
将平行于加热平台的两组交变电场的最高强度调节为200~1000V/cm,频率调节为50~400Hz,开启调节到位的交变电场同时对喷涂浆料后的功能层进行机械震动处理,保持10~60s后关闭;
将垂直于加热平台的静电场的最高强度调节为300~1000V/cm,开启调节到位的静电场,控制加热平台的表面温度为200~600℃,对喷涂浆料后的功能层烧结30~120min。
4.根据权利要求3所述的全喷涂钙钛矿太阳能电池制备方法,其特征在于,喷涂钙钛矿前驱液后需进行如下处理:
将平行于加热平台的两组交变电场的最高强度调节为20~1000V/cm,频率调节为50~100Hz,开启调节到位的交变电场对喷涂钙钛矿前驱液后的导电基底进行机械震动处理,保持10~60s后关闭;
调节垂直于加热平台的静电场强度为500~2000V/cm,开启调节到位的静电场,室温静置10-20min,然后控制加热平台的表面温度为30~100℃,对喷涂钙钛矿前驱液后的导电基底烧结30~120min。
5.根据权利要求3所述的全喷涂钙钛矿太阳能电池制备方法,其特征在于,电子传输层浆料静电喷涂前需对导电基底进行预处理,具体方法为:
采用去离子水、丙酮、乙醇进行超声清洗,采用氮气吹干后进行UVO处理。
6.根据权利要求3所述的全喷涂钙钛矿太阳能电池制备方法,其特征在于,所述电子传输层浆料固含量为0.5-3%,主体成分为二氧化钛、氧化锌、氧化锡、氧化铌、锡酸钡中的一种或多种混合物、所述介孔层浆料固含量为3-10%,主体成分为二氧化钛、氧化锌、氧化锡、氧化铌、锡酸钡中的一种或多种混合物;所述间隔层浆料为固含量3-10%,主体成分为氧化锆、二氧化硅、氧化铝、氧化铟、氧化镓、硫化镉中的一种或多种混合物;所述碳层浆料固含量为3-10%,主体成分为炭黑、石墨、石墨烯、碳纳米管中的一种或多种混合物;所述钙钛矿层以钙钛矿结构ABX3的晶体作为主体,其中A为CH3NH3 +,B为Pb2 +,X为I-、Br-或Cl-中的一种或多种,钙钛矿前驱液固含量为5-30%。
7.一种全喷涂钙钛矿太阳能电池制备装置,其特征在于,包括静电场发生器、交变电场发生器、用于将待喷涂溶液或浆料雾化的雾化喷嘴和水平设置的加热平台,所述雾化喷嘴设于加热平台上方;所述静电场发生器的两电压输出端分别连接上平板电极、下平板电极,所述下平板电极紧贴加热平台的上工作面设置;所述交变电场发生器设置有两个,其中一个交变电场发生器的两电压输出端分别连接左平板电极和右平板电极,另一交变电场发生器的两电压输出端分别连接前平板电极和后平板电极。
8.根据权利要求7所述的全喷涂钙钛矿太阳能电池制备装置,其特征在于,所述加热平台的底部还设有震动装置。
9.根据权利要求8所述的全喷涂钙钛矿太阳能电池制备装置,其特征在于,所述震动装置采用可快速启停的振动器,所述振动器使用线性马达。
10.根据权利要求7或8或9所述的全喷涂钙钛矿太阳能电池制备装置,其特征在于,所述加热平台上还设有水平调节装置。
CN201810232410.7A 2018-03-21 2018-03-21 一种全喷涂钙钛矿太阳能电池制备方法及装置 Active CN108511610B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810232410.7A CN108511610B (zh) 2018-03-21 2018-03-21 一种全喷涂钙钛矿太阳能电池制备方法及装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810232410.7A CN108511610B (zh) 2018-03-21 2018-03-21 一种全喷涂钙钛矿太阳能电池制备方法及装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108511610A true CN108511610A (zh) 2018-09-07
CN108511610B CN108511610B (zh) 2021-11-30

Family

ID=63377758

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810232410.7A Active CN108511610B (zh) 2018-03-21 2018-03-21 一种全喷涂钙钛矿太阳能电池制备方法及装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108511610B (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109705860A (zh) * 2018-12-10 2019-05-03 吉林大学 CsPbBr3纳米晶-PVDF亚微球复合材料及其应用
CN111509063A (zh) * 2020-04-24 2020-08-07 中国科学院山西煤炭化学研究所 一种铌掺杂二氧化钛纳米材料的制备方法及其应用
CN113903859A (zh) * 2021-12-02 2022-01-07 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 一种干法制备钙钛矿层的方法和钙钛矿型太阳能器件
CN114602764A (zh) * 2020-12-09 2022-06-10 中国科学院大连化学物理研究所 一种制备燃料电池膜电极的静电狭缝涂布法

Citations (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20010054379A1 (en) * 1997-05-29 2001-12-27 Kwang-Leong Choy Film or coating deposition on a substrate
US7252851B2 (en) * 2003-11-04 2007-08-07 Illinois Institute Of Technology Method and apparatus for electrostatic spray deposition for a solid oxide fuel cell
EP1907130A1 (en) * 2005-02-14 2008-04-09 The University of Nottingham Deposition of polymeric films
CN101353876A (zh) * 2007-07-27 2009-01-28 许鸿宪 纸张表面静电喷涂工艺及其专用高压静电喷涂***
CN102770215A (zh) * 2010-02-26 2012-11-07 伊利诺斯工具制品有限公司 静电喷涂***
CN102765261A (zh) * 2012-08-01 2012-11-07 合肥工业大学 一种喷墨打印机控制墨滴干燥过程的方法及装置
CN103320867A (zh) * 2013-04-12 2013-09-25 武汉理工大学 一种电场辅助制备一维纳米ZnO晶须的方法
CN105170359A (zh) * 2015-08-21 2015-12-23 南京大学昆山创新研究院 一种程控式静电喷涂装置
CN105256374A (zh) * 2015-11-05 2016-01-20 浙江大学城市学院 一种有机钙钛矿薄膜制备装置及方法
CN205133787U (zh) * 2015-11-05 2016-04-06 浙江大学城市学院 有机钙钛矿薄膜制备装置
CN105562275A (zh) * 2016-03-04 2016-05-11 东华大学 一种用于制备钙钛矿太阳能电池的喷涂装置
CN105655489A (zh) * 2016-04-15 2016-06-08 中国工程物理研究院材料研究所 一种基于喷涂工艺制备大面积钙钛矿太阳能电池的方法
CN104201287B (zh) * 2014-08-27 2017-02-01 湖南省天赐阳光太阳能有限责任公司 一种钙钛矿基柔性薄膜太阳能电池及其制备方法
CN206304927U (zh) * 2016-09-27 2017-07-07 天津工业大学 一种超声辅助静电喷涂热解装置
CN107068873A (zh) * 2016-12-27 2017-08-18 青岛黑金热工能源有限公司 用于制备钙钛矿太阳能电池的装置及方法
CN107661837A (zh) * 2016-07-27 2018-02-06 艾格赛尔工业公司 具有超声头的涂布***

Patent Citations (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20010054379A1 (en) * 1997-05-29 2001-12-27 Kwang-Leong Choy Film or coating deposition on a substrate
US7252851B2 (en) * 2003-11-04 2007-08-07 Illinois Institute Of Technology Method and apparatus for electrostatic spray deposition for a solid oxide fuel cell
EP1907130A1 (en) * 2005-02-14 2008-04-09 The University of Nottingham Deposition of polymeric films
CN101353876A (zh) * 2007-07-27 2009-01-28 许鸿宪 纸张表面静电喷涂工艺及其专用高压静电喷涂***
CN102770215A (zh) * 2010-02-26 2012-11-07 伊利诺斯工具制品有限公司 静电喷涂***
CN102765261A (zh) * 2012-08-01 2012-11-07 合肥工业大学 一种喷墨打印机控制墨滴干燥过程的方法及装置
CN103320867A (zh) * 2013-04-12 2013-09-25 武汉理工大学 一种电场辅助制备一维纳米ZnO晶须的方法
CN104201287B (zh) * 2014-08-27 2017-02-01 湖南省天赐阳光太阳能有限责任公司 一种钙钛矿基柔性薄膜太阳能电池及其制备方法
CN105170359A (zh) * 2015-08-21 2015-12-23 南京大学昆山创新研究院 一种程控式静电喷涂装置
CN105256374A (zh) * 2015-11-05 2016-01-20 浙江大学城市学院 一种有机钙钛矿薄膜制备装置及方法
CN205133787U (zh) * 2015-11-05 2016-04-06 浙江大学城市学院 有机钙钛矿薄膜制备装置
CN105562275A (zh) * 2016-03-04 2016-05-11 东华大学 一种用于制备钙钛矿太阳能电池的喷涂装置
CN105655489A (zh) * 2016-04-15 2016-06-08 中国工程物理研究院材料研究所 一种基于喷涂工艺制备大面积钙钛矿太阳能电池的方法
CN107661837A (zh) * 2016-07-27 2018-02-06 艾格赛尔工业公司 具有超声头的涂布***
CN206304927U (zh) * 2016-09-27 2017-07-07 天津工业大学 一种超声辅助静电喷涂热解装置
CN107068873A (zh) * 2016-12-27 2017-08-18 青岛黑金热工能源有限公司 用于制备钙钛矿太阳能电池的装置及方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
刘海燕: "交变电场诱导单射流电纺直写技术研究", 《工程科技I辑》 *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109705860A (zh) * 2018-12-10 2019-05-03 吉林大学 CsPbBr3纳米晶-PVDF亚微球复合材料及其应用
CN109705860B (zh) * 2018-12-10 2021-07-02 吉林大学 CsPbBr3纳米晶-PVDF亚微球复合材料及其应用
CN111509063A (zh) * 2020-04-24 2020-08-07 中国科学院山西煤炭化学研究所 一种铌掺杂二氧化钛纳米材料的制备方法及其应用
CN114602764A (zh) * 2020-12-09 2022-06-10 中国科学院大连化学物理研究所 一种制备燃料电池膜电极的静电狭缝涂布法
CN114602764B (zh) * 2020-12-09 2023-02-28 中国科学院大连化学物理研究所 一种制备燃料电池膜电极的静电狭缝涂布法
CN113903859A (zh) * 2021-12-02 2022-01-07 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 一种干法制备钙钛矿层的方法和钙钛矿型太阳能器件

Also Published As

Publication number Publication date
CN108511610B (zh) 2021-11-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108511610A (zh) 一种全喷涂钙钛矿太阳能电池制备方法及装置
CN104201287B (zh) 一种钙钛矿基柔性薄膜太阳能电池及其制备方法
CN108389977A (zh) 一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法
CN106971854A (zh) 过渡金属氧化物纳米颗粒掺杂的二维层状Ti3C2膜纳米复合材料及其制备方法
CN103172062B (zh) 一种染料敏化太阳能电池对电极用石墨烯薄膜的制备方法
CN109056194A (zh) 一种柔性锂镧钛氧陶瓷纳米纤维膜材料及其制备方法
CN106744898B (zh) 一种氮气等离子体改性的三维石墨烯粉体及其制备与应用
CN208062107U (zh) 一种钙钛矿太阳能电池用静电喷涂装置
CN107570190A (zh) 碳掺杂氮化碳薄膜电极的制备方法
CN108130711A (zh) 一种基于纤维衬底的TiO2纳米阵列及其制备方法
CN101162739B (zh) 染料敏化太阳能电池的ZnO电极及其制备方法
CN108232017A (zh) 一种低温高效的钙钛矿太阳能电池及其制备方法
CN108807681A (zh) 一种基于低温金红石相二氧化钛纳米棒的钙钛矿太阳能电池电子传输层的制备方法及应用
CN108511607A (zh) TiO2曲奇状微球的制备方法以及制备钙钛矿太阳能电池的方法
Asagoe et al. Addition of TiO 2 nanowires in different polymorphs for dye-sensitized solar cells
CN101567268A (zh) 一种三元双层二氧化钛膜的制备方法
CN108855775A (zh) 一种钙钛矿太阳能电池中钙钛矿吸光层的涂布工艺及装置
CN103451599B (zh) 一种具有光热协同致电的碲化镉/碲化铋一体化纳米结构材料及其制法
CN110033960A (zh) 一种制备二氧化钛纳米花电极的方法
CN106299301B (zh) 一种具有优异储锂性能的Li3VO4纳米线的形貌和物相调控方法
CN108010742A (zh) 一种含钛的超级电容器的电极材料及超级电容器
Senadeera et al. Versatile preparation method for mesoporous TiO 2 electrodes suitable for solid-state dye sensitized photocells
CN101090141A (zh) 一种电绝缘盐修饰的杂化电极的制备方法
CN113140679B (zh) 钙钛矿电池、其制备方法及其修饰层制备方法
CN106865617B (zh) 一种多孔网状结构的钨酸铋薄膜及其制备方法和应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant