MC方案｜钙钛矿太阳能电池制备指南

本篇介绍了使用 I101 钙钛矿前体油墨的钙钛矿太阳能电池制备过程， 该油墨用于底部ITO / PEDOT：PSS阳极和顶部PC 70 BM / Ca / Al阴极。

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

详细步骤如下：

1.基板清洁：清洁预图案化的ITO基板。将基板在1％的高温（70°C）中超声处理5分钟  。在沸腾的去离子（DI）水中漂洗底物两次（转储冲洗），然后在IPA中进一步超声处理5分钟，后在沸腾的DI水中漂洗两次。使用压缩氮气干燥基材。

2. PEDOT：PSS阳极制备：PEDOT：PSS的所有制备和旋涂应在空气中层流罩中进行。首先，使用0.45μmPES 过滤器过滤AI 4083 PEDOT：PSS。然后使用移液器将35μl过滤后的PEDOT：PSS溶液分配到ITO基板上（动态分配），以6000 rpm旋转，总旋转时间设置为40s。再将基材放在120°C的加热板上。此过程将创建厚度在40~50 nm之间的PEDOT：PSS膜。涂完所有ITO基材后，必须将加热板温度降至90°C，并将基材保持在该温度下，直到用钙钛矿前体涂布。注意，在此阶段不擦拭阴极带，以使钙钛矿在下面的步骤3中*，平滑地覆盖基材。

3.钙钛矿的沉积：  开始此步骤之前，湿度必须不高于约40％。I101钙钛矿前体油墨MAI：PbCl 2  （3：1）在使用前应先在70°C加热30至60分钟，然后在整个沉积过程中保持在该温度下。要涂覆钙钛矿前体，将ITO / PEDOT：PSS基材从热板上快速转移到匀胶旋涂仪上（再次在空气中），然后以3000 rpm的转速旋转。现在，立即将30μlI101油墨分配到热的基底上，该基底应旋转30秒钟。这将产生亮黄色的薄膜。将此基板放回90°C的热板上（空气中）。

在所有基材上都涂覆钙钛矿前体（薄膜仍应呈现亮黄色）后，请使用干燥的超精密无尘棉签擦拭阴极条。从表面去除钙钛矿前体。现在，将基板放回热板上，再退火90分钟，将钙钛矿前体*转化为CH 3 NH 3 PbI 3-x Cl x  钙钛矿。处理后，所有薄膜都应该从黄色变成灰棕色。在显微镜下，薄膜应显示为致密的多晶层。

4. PC 70 BM的沉积：  首先，准备50 mg / ml 的PC 70 BM在氯苯中的溶液  。应将其置于充氮手套箱内70°C的加热板上，并在使用前搅拌3至5个小时。为了缩短加热时间，建议使用0.45 µm PTFE（疏水性）过滤器过滤溶液。准备好后，将钙钛矿涂层基材转移到手套箱中。在匀胶旋涂仪上以1000 rpm旋转的同时，使用移液器将20μlPC 70 BM溶液分配到薄膜表面上。总共旋涂30秒，以形成厚度为120 nm 的PC 70 BM膜。

WS-650-23B匀胶旋涂仪

5.阴极沉积：  现在可以通过阴极沉积完成器件。在<10 -6  mbar 的基本压力下，通过像素化阴极掩模将钙/铝阴极复合材料（分别为5和100 nm）热蒸发到膜表面上，以定义器件的有效区域。后，使用玻璃盖玻片和环氧树脂封装您的器件，然后将其暴露在紫外线（350 nm）中30分钟以固化环氧树脂。现在，您可以使用IV曲线测量系统和测量孔径掩模对器件进行测试和评估了 。

器件性能

以下图1中显示了工艺配方制备的超好像素的器件特性。此处，在反向偏置扫描之后，在标准AM1.5太阳模拟器下对设备进行了测试。此处，性能超好的器件具有11.7％的转换效率（PCE），Voc（0.96 V），FF（73.19％）和Jsc（-16.71 mA / cm 2）。

图1：基于I101钙钛矿油墨的PV光伏器件在AM1.5太阳模拟器照射下的曲线。在反向扫描中记录器件特性。

图2：典型过程运行中记录的器件效率分布。数据取自5个包含30个像素的基板。从该分析中去除了由于它们靠近器件衬底的边缘而导致的具有低操作效率的10个像素。

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