[发明专利]一种立方晶系结构钙钛矿型光敏材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，特别是指一种立方晶系结构钙钛矿型光敏材料及其制备方法。

背景技术

近年来，有机-金属-卤化物CH₃NH₃PbI₃、CH₃NH₃PbBr₃、CH₃NH₃PbCl₃、CH₃NH₃PbI_3-xCl_x、CH₃NH₃PbI_3-xBr_x 等钙钛矿材料具有长的载流子传输距离、低的激子束缚能、光学吸收强且带隙可调等优势，受到人们的广泛关注，其光电装换效率从2009年的3.8%提高到2014的20.1%。其中CH₃NH₃PbI_3-xCl_x混合卤素原子的有机-金属-卤化物钙钛矿材料由于载流子扩散距离长达1微米且相变温度较低等优势，成为众多新型有机-无机光伏材料的最佳候选之一。为进一步提高器件效率,一方面需要得到颗粒较大的CH3NH3PbI3-xClx平整薄膜；另一方面希望得到的CH₃NH₃PbI_3-xCl_x钙钛矿薄膜具有较宽吸收光谱范围。

目前，对于有机-金属-卤化物钙钛矿的制备总体可分为溶液法和真空双源热沉积法，以及溶液-真空混合法。相对于真空热沉积法而言，溶液法随具有制备工艺简单、低廉等优势，但是在制备大面积高质量钙钛矿薄膜方面仍然挑战巨大。而应用成熟的真空热沉积法能够有效地弥补溶液法在薄膜制备中的不足，而且制备过程无需超高真空环境，一般仅需10^-4 mbar，能够一定程度降低制备成本，为该技术的商业化推广提供了保障。2012年真空制备的CH₃NH₃PbI_3-xCl_x首次突破了>15 PCE%的电池效率，进而极大激发了人们的研究热情。但是最近基于真空热沉积工艺制备的有机-金属-卤化物钙钛矿电池的效率却发展相对滞后，究其原因在于通常制备得到的CH₃NH₃PbI_3-xCl_x一般为四方晶系结构，而这样的结构钙钛矿的光学吸收和稳定性比立方晶系的钙钛矿要差。

发明内容

本发明提出一种立方晶系结构钙钛矿型光敏材料及其制备方法，解决了钙钛矿型光敏材料中吸收层为四方晶系结构的原因导致其稳定性差、光学吸收率低的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：一种立方晶系结构钙钛矿型光敏材料，包括衬底、设置于所述衬底顶端的吸收层，所述吸收层为立方晶系的CH₃NH₃PbI_3-xCl_x钙钛矿材料，且其厚度为530nm。

作为优选的技术方案，所述衬底为ITO导电玻璃、FTO导电玻璃或者普通玻璃中的一种。

本发明又提成一种制备立方晶系结构钙钛矿型光敏材料的方法，其特征在于，包括步骤：

1）对衬底进行预处理，将所述衬底固定在蒸镀支架上，后置于蒸镀腔中，将载有不同蒸发源的两个氧化铝坩埚放入所述蒸镀腔中，所述蒸发源分别是CH₃NH₃I、PbCl₂；

2）加热两个氧化铝坩埚，且加热过程中始终保持CH₃NH₃I和PbCl₂的摩尔比为2.5~3.5：1，所述蒸镀腔内真空抽至5×10^-6mbar以下，在密闭体系中蒸发的CH₃NH₃I气相与PbCl₂反应生成CH₃NH₃PbI_3-xCl_x薄膜；