[发明专利]一种均匀有机-无机钙钛矿薄膜太阳能电池的制备方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及太阳能电池技术领域，特别涉及一种均匀有机-无机钙钛矿薄膜及其太阳能电池的制备方法。

【背景技术】

大力发展太阳能发电技术已成为人类应对能源危机和环境污染的必然选择。目前市场占主导地位的硅基太阳能电池发电成本还无法和传统化石能源竞争，制约其大规模利用和推广。近几年来，有机-无机杂化钙钛矿材料作为一种新型的光吸收材料，在太阳能电池领域取得了重大进展，其光电转化效率从2009年的3.8％迅速增加至2012年的9.7％，而目前已经报道的最高效率已经达到19.3％，并且这一纪录仍在不断刷新之中。

尽管早期报道的钙钛矿太阳能电池具有与固态染料敏化太阳能电池相类似的结构，但是随着研究的深入，实验已经证明TiO₂多孔层并不是必要的结构。由于电子和空穴在有机-无机钙钛矿薄膜中都具有较长的扩散长度，钙钛矿太阳能电池可以制备成平面薄膜结构，其光电转化效率完全可以达到甚至超过多孔结构钙钛矿太阳能电池。由于平面薄膜钙钛矿太阳能电池去除了需要高温烧结的TiO₂纳米多孔层，具有更简单的结构和制备工艺，并且适用于柔性太阳能电池，因此迅速成为研究热点。

制备平面型薄膜钙钛矿太阳能电池最关键的一步就是如何获得高质量的钙钛矿薄膜。目前，从采用仪器设备的复杂情况来分类，制备钙钛矿薄膜的方法可分为两大类，即物理真空蒸镀法和化学沉积法。物理真空蒸镀法以碘化铅和碘化钾胺为原料，采用共蒸发的方式，可以得到表面均匀，厚度可控的高质量薄膜，但是它需要昂贵的真空设备和复杂的制备过程，不利于大面积推广；而化学沉积法则又分为旋涂结合后处理法(也成为两部法)和一步旋涂法。两步 法首先通过旋转涂布法在衬底上制备碘化铅薄膜，然后通过在碘化钾胺的溶液中浸泡或者在碘化钾胺的蒸汽中处理，从而将碘化钾转化成钙钛矿薄膜。但是前一种转化方法常常造成钙钛矿薄膜的剥落和碘化铅的残留，而后一种转化方法则需要较长时间，同时也存在碘化铅残留的问题，以上这些因素都会对电池性能造成不利影响。一步旋涂法则直接采用钙钛矿先驱溶液作为旋涂液，通过旋转涂布法在衬底上直接得到钙钛矿薄膜。但是，由于钙钛矿先驱溶液一般采用DMF作为溶剂，在旋涂过程中溶剂蒸发很快，钙钛矿薄膜结晶过程非常迅速，常常形成网状结构，无法得到100％覆盖率的高质量薄膜。为了提高薄膜覆盖率和均匀性，可以调节旋涂液中溶质的质量分数或者调节后退火温度，但是这样仍然无法彻底解决这个问题。一种可行的办法是向旋涂液中添加添加剂，改变钙钛矿薄膜的结晶过程。这种方法很好的解决了薄膜覆盖率问题，但是由于添加剂在薄膜中可能有残留，会对薄膜的光电特性造成一定的影响。

因此，开发简单易行，不需要复杂设备低成本制备均匀光滑有机-无机钙钛矿薄膜的方法就显得尤为重要。

【发明内容】

本发明的目的是提供一种均匀有机-无机钙钛矿薄膜及其太阳能电池的制备方法，以解决上述技术问题。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种均匀有机-无机钙钛矿薄膜太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：

1)首先将Ag的氢氧化钾溶于B mL的甲醇之中得到溶液X，然后将C g二水合醋酸锌溶于D mL甲醇，得到溶液Y；将溶液Y置于水浴之中，在不断搅拌的情况下将溶液X全部逐滴加入到溶液Y中；将水浴温度升高并搅拌得到溶胶；待溶胶冷却至室温，自然沉淀后，将沉淀物用甲醇清洗两次，然后取适量沉淀物将其分散到甲醇、氯仿和正丁醇组成的混合溶剂之中，得到浓度为4～7mg/mL的氧化锌溶胶待用；A：B：C：D＝(1.45～1.5)：(65～70)：(2.9～3.0)： (120～130)；

2)向避光的密闭容器中添加F g碘化铅和G g碘化钾胺，然后再向其中添加H mL N,N-二甲基甲酰胺和二甲基亚砜的混合液，得到钙钛矿先驱液；其中，F：G：H＝2.3：0.8：5；

3)在洁净的图案化ITO导电玻璃上(玻璃衬底面积为2×2cm²)，通过旋转涂布法制备一层厚度50～60nm的PEDOT:PSS空穴传输层，然后烘烤至干燥；然后将钙钛矿先驱液滴加到PEDOT:PSS空穴传输层表面开始旋涂钙钛矿薄膜；旋涂所得薄膜置于热板上烘烤得到均匀光滑的结晶钙钛矿薄膜；