MC方案｜鈣鈦礦太陽能電池制備指南

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

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

詳細步驟如下：

1.基板清潔：清潔預圖案化的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（轉儲沖洗），然后在IPA中進一步超聲處理5分鐘，后在沸騰的DI水中漂洗兩次。使用壓縮氮氣干燥基材。

2. PEDOT：PSS陽極制備：PEDOT：PSS的所有制備和旋涂應在空氣中層流罩中進行。首先，使用0.45μmPES 過濾器過濾AI 4083 PEDOT：PSS。然后使用移液器將35μl過濾后的PEDOT：PSS溶液分配到ITO基板上（動態分配），以6000 rpm旋轉，總旋轉時間設置為40s。再將基材放在120°C的加熱板上。此過程將創建厚度在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）在使用前應先在70°C加熱30至60分鐘，然后在整個沉積過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移到勻膠旋涂儀上（再次在空氣中），然后以3000 rpm的轉速旋轉。現在，立即將30μlI101油墨分配到熱的基底上，該基底應旋轉30秒鐘。這將產生亮黃色的薄膜。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（薄膜仍應呈現亮黃色）后，請使用干燥的超精密無塵棉簽擦拭陰極條。從表面去除鈣鈦礦前體。現在，將基板放回熱板上，再退火90分鐘，將鈣鈦礦前體*轉化為CH 3 NH 3 PbI 3-x Cl x  鈣鈦礦。處理后，所有薄膜都應該從黃色變成灰棕色。在顯微鏡下，薄膜應顯示為致密的多晶層。

4. PC 70 BM的沉積：  首先，準備50 mg / ml 的PC 70 BM在氯苯中的溶液  。應將其置于充氮手套箱內70°C的加熱板上，并在使用前攪拌3至5個小時。為了縮短加熱時間，建議使用0.45 µm PTFE（疏水性）過濾器過濾溶液。準備好后，將鈣鈦礦涂層基材轉移到手套箱中。在勻膠旋涂儀上以1000 rpm旋轉的同時，使用移液器將20μlPC 70 BM溶液分配到薄膜表面上。總共旋涂30秒，以形成厚度為120 nm 的PC 70 BM膜。

WS-650-23B勻膠旋涂儀

5.陰極沉積：  現在可以通過陰極沉積完成器件。在<10 -6  mbar 的基本壓力下，通過像素化陰極掩模將鈣/鋁陰極復合材料（分別為5和100 nm）熱蒸發到膜表面上，以定義器件的有效區域。后，使用玻璃蓋玻片和環氧樹脂封裝您的器件，然后將其暴露在紫外線（350 nm）中30分鐘以固化環氧樹脂。現在，您可以使用IV曲線測量系統和測量孔徑掩模對器件進行測試和評估了 。

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，在標準AM1.5太陽模擬器下對設備進行了測試。此處，性能超好的器件具有11.7％的轉換效率（PCE），Voc（0.96 V），FF（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：典型過程運行中記錄的器件效率分布。數據取自5個包含30個像素的基板。從該分析中去除了由于它們靠近器件襯底的邊緣而導致的具有低操作效率的10個像素。

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