[发明专利]一种锡基钙钛矿薄膜、制备方法及其太阳能电池器件

说明书

本发明属于钙钛矿成膜领域，尤其涉及一种锡基钙钛矿薄膜、方法及其太阳能电池器件；一种锡基钙钛矿薄膜，由DMF和DMSO中的一种或两种的混合液作为溶剂、钙钛矿和磷酸三苯酯作为溶质组成的溶液经旋涂并热处理后获得；本方案提供的锡基钙钛矿薄膜、方法及其太阳能电池器件在锡基钙钛矿溶液中引入磷酸三苯酯（TPPi），在获得得高质量钙钛矿薄膜的情况下同时降低了薄膜本征载流子浓度，进而提高了光生载流子的寿命，获得了较高效率的无铅钙钛矿太阳能电池器件，此外，本发明技术方案能够在低温、短时间内获得致密、均匀而又低本征载流子的半导体钙钛矿薄膜，将这些薄膜用于光电器件，可以获得良好性能。

技术领域

本发明属于钙钛矿成膜领域，尤其涉及一种锡基钙钛矿薄膜、制备方法及其太阳能电池器件。

背景技术

随着科技水平的进步，人们对环境污染的问题越来越重视。清洁能源，尤其是太阳能日益收到青睐。钙钛矿太阳能电池由于其能量转化效率高、能大幅降低太阳能电池的使用成本而广受科学家和商业公司的关注。

随着研究的深入，钙钛矿太阳能电池的效率增长到了21%左右，主要得益于CH₃NH₃PbI₃材料的高的可见光吸收效率、长激子寿命和扩散长度、高双极迁移率和低激子结合能及器件结构和工艺的优化。但是由于铅元素具有较高的毒性，对于环境和人体有较大的危害，因此寻找取代元素成为一项新的研究课题，锡作为铅的同族元素，具有无毒、应用广泛等特点，所以越来越多的研究人员对于锡基钙钛矿进行了研究。

对于锡基钙钛矿材料，现在主要存在的问题是：锡元素的易氧化性使得其容易由+2价氧化成+4价，而锡元素的氧化会破坏材料的晶体结构，影响其在器件中的应用；同时锡元素在钙钛矿中存在一定的离子空位，这就增加了钙钛矿材料的载流子浓度，使得其金属导电性增加，影响光生载流子的有效传输、转移。

为此，需要研发一种新的钙钛矿薄膜的制备方法，能够抑制锡元素的氧化，降低钙钛矿材料的本征载流子浓度，提高有效光生载流子的数量

发明内容

本发明的目的在于提供一种锡基钙钛矿薄膜的制备方法，旨在解决现有钙钛矿薄膜中锡元素易氧化和本征载流子浓度高的问题。

一种锡基钙钛矿薄膜的制备方法，该方法包括以下步骤：

步骤A：制备前驱体溶液；所述前驱体溶液系将钙钛矿和磷酸酯类加入溶液中获得，所述溶液系DMF和DMSO中的一种或两种的混合液；

步骤B：制备钙钛矿薄膜；所述钙钛矿薄膜系所述前驱体溶液经旋涂获得。

磷酸酯类目前主要用于pvc的阻燃增塑剂，主要品种有磷酸三甲苯酯(TCP)，磷酸三苯酯(TPP)、磷酸二苯一辛酯(DPOP)，以及新开发的Reofos 50等。

可以根据需要对DMF和DMSO进行共混，其中优选的，DMF:DMSO=5:1。

本发明的进一步技术方案是：还包括步骤C：对步骤B获得的所述钙钛矿薄膜进行热处理。经过热处理后的钙钛矿薄膜具有更好的性质。

本发明的进一步技术方案是：步骤A中所述钙钛矿种类为锡基有机金属卤化物钙钛矿CH₃NH₃SnA_xB_3-x和锡基无机钙钛矿材料CsSnA_xB_3-x中的一种或几种，其中A、B=Cl、Br或I。这些材料能够获得性质更好的钙钛矿薄膜。

本发明的进一步技术方案是：步骤A中所述钙钛矿的浓度为0.7-1.5 M。该浓度更有利于形成性质更好的钙钛矿薄膜。