[发明专利]一种无铅钙钛矿薄膜、其制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，具体地说是一种无铅钙钛矿薄膜、其制备方法及应用。

背景技术

太阳能电池能够将太阳能直接转换成电能，由于太阳能是取之不尽用之不竭的清洁能源，因此太阳能电池是人类应对能源危机，寻求可持续发展的重要对策。目前，晶体硅太阳能电池占有89%的光伏市场份额。然而，昂贵的原材料及其繁琐的电池工艺限制了晶体硅太阳能电池的长远发展。在过去的十年里，薄膜太阳能电池包括硅基薄膜、Cu(In，Ga)Se_2-xS_x以及CdTe电池等也开始实现大规模产业化。作为第三代太阳能电池的杰出代表，钙钛矿太阳能电池是一种以有机无机钙钛矿材料产生光生电子和空穴对的一类新型全固态有机金属卤化物薄膜太阳能电池。钙钛矿太阳能电池具有能量转换效率高，载流子扩散长度长、迁移率高，核心光电转换材料廉价易得等优点，经过短短五年的发展，其实验室转换效率从3.8%提升至20.1%左右。

目前，钙钛矿太阳能电池中所用到的钙钛矿材料主要是碘化铅甲胺（CH₃NH₃PbI₃），它的带隙约为1.5eV，消光系数高，几百纳米厚薄膜就可以充分吸收800nm以下的太阳光。CH₃NH₃PbI₃在制备时通常采用液相一步法来完成，即：将PbI₂与CH₃NH₃I以一定的摩尔比例混合，然后溶解于N，N-二甲基甲酰胺（DMF）溶液中，待完全溶解后旋涂于相应的基底上，之后对薄膜进行热处理即形成CH₃NH₃PbI₃钙钛矿薄膜。但是，通过SEM观察，采用液相一步法制备的钙钛矿薄膜很不连续，覆盖度较低，影响电池的开路电压。而且，采用液相一步法制备钙钛矿薄膜，不利于产业化的发展。再有，碘化铅甲胺中含有铅元素，由于铅会对人类身体健康以及环境产生危害，因此在许多地方被列为禁止使用材料。

发明内容

本发明的目的之一就是提供一种无铅钙钛矿薄膜，该无铅钙钛矿薄膜用Sn取代了Pb，实现了环境友好型新型能源的开发和利用。

本发明的目的之二就是提供一种无铅钙钛矿薄膜的制备方法，该方法采用有机无机交替共蒸发的方法来制备无铅钙钛矿薄膜，可解决现有的液相一步法所制备的钙钛矿薄膜覆盖度低及不利于产业化发展的问题。

本发明的目的之三就是提供一种上述无铅钙钛矿薄膜的应用，即：提供一种钙钛矿太阳能电池，该钙钛矿太阳能电池中应用了上述无铅钙钛矿薄膜，从而使得该钙钛矿太阳能电池具有光伏性能好、对环境友好等优点。

本发明的目的之一是这样实现的：一种无铅钙钛矿薄膜，所述无铅钙钛矿薄膜的化学通式为CH₃NH₃SnX₃；其中，X为Cl、Br或I。

本发明所提供的无铅钙钛矿薄膜，由Sn来代替传统的钙钛矿薄膜中的Pb，可解决现有的钙钛矿薄膜中因含有Pb而对环境造成的污染问题；且该无铅钙钛矿薄膜具有较高的质量以及覆盖度。

本发明的目的之二是这样实现的：一种无铅钙钛矿薄膜的制备方法，包括如下步骤：

a、称取SnX₂和CH₃NH₃X，X为Cl、Br或I；

b、将所称取的SnX₂和CH₃NH₃X作为两个蒸发源放入共蒸发设备的腔室内，同时在共蒸发设备的腔室内设置基片；

c、对共蒸发设备的腔室进行抽真空；

d、对SnX₂蒸发源进行加热，使SnX₂蒸发并沉积在基片上；之后停止对SnX₂蒸发源进行加热，继而对CH₃NH₃X蒸发源加热，使CH₃NH₃X蒸发并沉积在基片上，完成SnX₂和CH₃NH₃X交替蒸发的一个循环；

e、重复步骤d，完成SnX₂和CH₃NH₃X交替蒸发的第二个循环；