[发明专利]一种大晶粒钙钛矿薄膜的制备方法

说明书

本发明涉及一种大晶粒钙钛矿薄膜的制备方法，以混合阴阳离子型钙钛矿为主体系，加入Pb(SCN)2为添加剂来调控薄膜的生长。它包括配置混合阴阳离子型钙钛矿前驱体溶液以及加入添加剂后薄膜的制备工艺，通过Pb(SCN)2添加剂的调控，得到平整致密且具有大尺寸晶粒的钙钛矿薄膜。本发明工艺简单，操作方便，有效快速成膜。通过采用混合型阴阳离子型钙钛矿为主体系，并以添加剂调控钙钛矿薄膜的生长，实现大尺寸钙钛矿晶粒的生长，不仅减少薄膜内部缺陷，提高载流子传输寿命，而且减少了晶界的缺陷，极大的改善了钙钛矿薄膜的环境稳定性，增强钙钛矿太阳能电池的性能，实现高效稳定且低迟滞的钙钛矿薄膜器件的制备。

技术领域

本发明属于钙钛矿太阳能电池及相关光电半导体材料领域，具体涉及以混合阴阳离子型钙钛矿为主体系，加入Pb(SCN)2为添加剂来调控薄膜生长的制备方法。

背景技术

能源问题是制约21世纪以及未来社会和经济发展的全球性问题。开发清洁的可再生能源迫在眉睫，太阳能作为地球上总量最大的可再生能源最具优势，因此开发廉价、高效的太阳能电池已成为人们追求的目标。钙钛矿材料拥有优越的电荷传输性质、长载流子扩散距离、全光谱吸收和高吸光系数等优点。基于钙钛矿材料的太阳能电池因其效率的快速提升引起了人们的广泛关注。

有机-无机杂化钙钛矿薄膜的制备对钙钛矿结构、载流子寿命及光电转换性能影响较大。目前文献中报道的纯碘系钙钛矿对制备环境要求高，对空气中的水分敏感，难以达到商业化应用标准。最近研究较多的混合阴阳离子型钙钛矿的稳定性相对纯碘系有所增加，但仍存在薄膜质量差，晶粒尺寸小晶界多等问题，易产生载流子复合，缩短载流子寿命，降低器件的性能。加入添加剂能有效快速的改善薄膜质量，增大晶粒尺寸减少晶界。Pb(SCN)2含有能与铅离子强烈作用的S和N原子，能延缓晶核成长速度，实现大尺寸晶粒的生长和提高薄膜的稳定性。所采用的制备方法工艺简单，对设备要求低，所需成本低，有利于大规模制备钙钛矿薄膜。

发明内容

本发明的目的在于提出一类加入添加剂的混合阴阳离子型钙钛矿材料及相应钙钛矿薄膜的制备方法。

本发明提供一种大晶粒有机无机杂化钙钛矿薄膜的制备方法，调控晶体薄膜的生长，低温溶液法制备高效稳定的钙钛矿型光电半导体薄膜。通过添加剂增大混合阴阳离子型钙钛矿材料的晶粒大小，不仅能提高器件的性能，同时减少晶界缺陷，延长载流子寿命，提高钙钛矿薄膜的环境稳定性。

一种大晶粒钙钛矿薄膜的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

(1)按照化学通式FAxCs1-xPbI3-yBry的配比，称取相应量的FAI、CsI、PbI2以及PbBr2作为钙钛矿前驱体材料，其中0＜x＜1，0＜y＜2；

(2)按照前驱体材料与溶剂的质量比为30％～60％的比例，取相应量溶剂作为钙钛矿前驱液，备用；

(3)将步骤(1)中的前驱体材料溶于(2)中的前驱液中，形成黄色钙钛矿溶液，备用；

(4)称取前驱体材料的摩尔量比例为1～20％的Pb(SCN)2作为添加剂添加到所述步骤(3)的溶液中；

(5)将所述步骤(4)所得钙钛矿溶液在磁力搅拌条件下，在室温下保持2～4小时；