MC方案｜鈣鈦礦太陽(yáng)能電池制備指南

本篇介紹了使用 I101 鈣鈦礦前體油墨的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池制備過(guò)程， 該油墨用于底部ITO / PEDOT：PSS陽(yáng)極和頂部PC 70 BM / Ca / Al陰極。

ITO / PEDOT：PSS / CH 3 NH 3 PbI 3-x Cl x / PC 70 BM / Ca / Al

詳細(xì)步驟如下：

1.基板清潔：清潔預(yù)圖案化的ITO基板。將基板在1％的高溫（70°C）中超聲處理5分鐘  。在沸騰的去離子（DI）水中漂洗底物兩次（轉(zhuǎn)儲(chǔ)沖洗），然后在IPA中進(jìn)一步超聲處理5分鐘，后在沸騰的DI水中漂洗兩次。使用壓縮氮?dú)飧稍锘摹?/span>

2. PEDOT：PSS陽(yáng)極制備：PEDOT：PSS的所有制備和旋涂應(yīng)在空氣中層流罩中進(jìn)行。首先，使用0.45μmPES 過(guò)濾器過(guò)濾AI 4083 PEDOT：PSS。然后使用移液器將35μl過(guò)濾后的PEDOT：PSS溶液分配到ITO基板上（動(dòng)態(tài)分配），以6000 rpm旋轉(zhuǎn)，總旋轉(zhuǎn)時(shí)間設(shè)置為40s。再將基材放在120°C的加熱板上。此過(guò)程將創(chuàng)建厚度在40~50 nm之間的PEDOT：PSS膜。涂完所有ITO基材后，必須將加熱板溫度降至90°C，并將基材保持在該溫度下，直到用鈣鈦礦前體涂布。注意，在此階段不擦拭陰極帶，以使鈣鈦礦在下面的步驟3中*，平滑地覆蓋基材。

3.鈣鈦礦的沉積：  開始此步驟之前，濕度必須不高于約40％。I101鈣鈦礦前體油墨MAI：PbCl 2  （3：1）在使用前應(yīng)先在70°C加熱30至60分鐘，然后在整個(gè)沉積過(guò)程中保持在該溫度下。要涂覆鈣鈦礦前體，將ITO / PEDOT：PSS基材從熱板上快速轉(zhuǎn)移到勻膠旋涂?jī)x上（再次在空氣中），然后以3000 rpm的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)?，F(xiàn)在，立即將30μlI101油墨分配到熱的基底上，該基底應(yīng)旋轉(zhuǎn)30秒鐘。這將產(chǎn)生亮黃色的薄膜。將此基板放回90°C的熱板上（空氣中）。

在所有基材上都涂覆鈣鈦礦前體（薄膜仍應(yīng)呈現(xiàn)亮黃色）后，請(qǐng)使用干燥的超精密無(wú)塵棉簽擦拭陰極條。從表面去除鈣鈦礦前體?，F(xiàn)在，將基板放回?zé)岚迳?，再退?0分鐘，將鈣鈦礦前體*轉(zhuǎn)化為CH 3 NH 3 PbI 3-x Cl x  鈣鈦礦。處理后，所有薄膜都應(yīng)該從黃色變成灰棕色。在顯微鏡下，薄膜應(yīng)顯示為致密的多晶層。

4. PC 70 BM的沉積：  首先，準(zhǔn)備50 mg / ml 的PC 70 BM在氯苯中的溶液  。應(yīng)將其置于充氮手套箱內(nèi)70°C的加熱板上，并在使用前攪拌3至5個(gè)小時(shí)。為了縮短加熱時(shí)間，建議使用0.45 µm PTFE（疏水性）過(guò)濾器過(guò)濾溶液。準(zhǔn)備好后，將鈣鈦礦涂層基材轉(zhuǎn)移到手套箱中。在勻膠旋涂?jī)x上以1000 rpm旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，使用移液器將20μlPC 70 BM溶液分配到薄膜表面上?？偣残?0秒，以形成厚度為120 nm 的PC 70 BM膜。

WS-650-23B勻膠旋涂?jī)x

5.陰極沉積：  現(xiàn)在可以通過(guò)陰極沉積完成器件。在<10 -6  mbar 的基本壓力下，通過(guò)像素化陰極掩模將鈣/鋁陰極復(fù)合材料（分別為5和100 nm）熱蒸發(fā)到膜表面上，以定義器件的有效區(qū)域。后，使用玻璃蓋玻片和環(huán)氧樹脂封裝您的器件，然后將其暴露在紫外線（350 nm）中30分鐘以固化環(huán)氧樹脂?，F(xiàn)在，您可以使用IV曲線測(cè)量系統(tǒng)和測(cè)量孔徑掩模對(duì)器件進(jìn)行測(cè)試和評(píng)估了 。

器件性能

以下圖1中顯示了工藝配方制備的超好像素的器件特性。此處，在反向偏置掃描之后，在標(biāo)準(zhǔn)AM1.5太陽(yáng)模擬器下對(duì)設(shè)備進(jìn)行了測(cè)試。此處，性能超好的器件具有11.7％的轉(zhuǎn)換效率（PCE），Voc（0.96 V），F(xiàn)F（73.19％）和Jsc（-16.71 mA / cm 2）。

圖1：基于I101鈣鈦礦油墨的PV光伏器件在AM1.5太陽(yáng)模擬器照射下的曲線。在反向掃描中記錄器件特性。

圖2：典型過(guò)程運(yùn)行中記錄的器件效率分布。數(shù)據(jù)取自5個(gè)包含30個(gè)像素的基板。從該分析中去除了由于它們靠近器件襯底的邊緣而導(dǎo)致的具有低操作效率的10個(gè)像素。

References

[1] Efficient planar heterojunction mixed-halide perovskite solar cells deposited via spray-deposition. A. T. Barrows et al., Energy Environ. Sci., 7, 2944-2950 (2014)

[2] Additive Enhanced Crystallization of Solution-Processed Perovskite for Highly Efficient Planar-Heterojunction Solar Cells. P.-W. Liang et al., Adv. Mater., 26, 3748-3754 (2014)

[3] The Roles of Alkyl Halide Additives in Enhancing Perovskite Solar Cell Performance. Chu-Chen Chueh, et al., J. Mater. Chem. A, (2014) DOI: 10.1039/C4TA05012F