[发明专利]一种蓝黑色钙钛矿薄膜的制备方法及其应用

说明书

本发明属于薄膜材料制备领域，具体为一种蓝黑色钙钛矿(FAPbI₃)薄膜的制备方法及其应用。该方法包含以下步骤：将碘化甲脒(FAI)和碘化铅(PbI₂)按一定化学计量比溶于前驱体溶剂中，室温搅拌至完全溶解，前驱体溶剂为二甲基甲酰胺(DMF)与N‑甲基吡咯烷酮(NMP)等路易斯碱的混合溶剂；将钙钛矿前驱体溶液以一定转速旋涂于基片上，待旋涂机到达指定转速后，滴加乙醚、氯苯、甲苯等反极性溶剂；旋涂结束后，将基片至于加热台上，在120～180℃下退火2～60分钟，制成蓝黑色钙钛矿薄膜。本发明制备的蓝黑色钙钛矿(FAPbI₃)薄膜，纯度高，delta相含量少。在钙钛矿太阳能电池上所使用的钙钛矿层，可以采用上述方法制备的蓝黑色钙钛矿薄膜。

技术领域

本发明属于薄膜材料制备领域，具体为一种蓝黑色钙钛矿(FAPbI₃)薄膜的制备方法及其应用。

背景技术

钙钛矿太阳能电池是以含卤有机-无机杂化钙钛矿材料(MAPbI₃、FAPbI₃等，MA：CH₃NH₃、FA：NH₂CH＝NH₂)为核心的新型光伏电池，这类材料具有摩尔消光系数高、吸收光谱范围宽、载流子输运性能优良、成本低廉、制备工艺过程简单、颜色多彩可调及可合成在柔性基底上等诸多优点。经过近几年的快速发展，钙钛矿光伏电池的实验室转换效率已突破20％，部分性能达到甚至超过碲化镉、铜铟镓硒等薄膜光伏电池，具有极佳的民用前景。

研究表明，钙钛矿太阳能电池的性能主要取决于器件制备过程中所合成的钙钛矿薄膜质量，能否制备致密性高、孔洞少、光吸收优良的钙钛矿薄膜也就成为制备性能优良钙钛矿光伏电池的关键。对于MAPbI₃型钙钛矿材料，已有较为成熟的高质量薄膜制备工艺，例如：中国专利申请(公开号CN105336856A)，公开一种制备钙钛矿薄膜的新方法，采用有机胺气体处理钙钛矿前驱体薄膜，制备高质量MAPbI₃型钙钛矿薄膜。中国专利申请(公开号CN104409639A)，公开一种有机钙钛矿薄膜的制备方法，采用超声雾化方法将前驱体沉积到衬底材料上，从而制备高质量MAPbI₃型钙钛矿薄膜。

但是，对于FAPbI₃型钙钛矿材料，由于这种材料在低于160℃条件下极易出现非钙钛矿delta相，而delta相的产生会严重损害光伏电池的性能，这使得高质量FAPbI₃型钙钛矿薄膜的制备中delta相含量的控制就成为研究者和工业界关注的焦点。例如：中国专利申请(公开号CN105006522A)，公开一种基于钙钛矿的倒置薄膜太阳能电池及其制备方法，FAPbI₃薄膜的制备步骤为：(1)将碘化甲脒(NH₂CH＝NH₂I(FAI))与碘化铅(PbI₂)以1:1摩尔比混合溶解在二甲基甲酰胺(DMF)溶剂中，常温搅拌后，对溶液进行过滤；(2)在基底旋涂FAPbI₃钙钛矿前驱体层，在旋涂过程中用氯苯进行清洗；将导电基底在120～140℃条件下对钙钛矿前驱体溶液进行退火处理，待钙钛矿层完全结晶即可制备FAPbI₃型钙钛矿薄膜，但这种方法制备的薄膜中delta相含量通常较大，抑制电池性能的进一步提高。

综上所述，相比于MAPbI₃型钙钛矿材料(禁带宽度为～1.5eV)，禁带宽度为～1.4eV的FAPbI₃型钙钛矿材料具有更宽的光谱吸收范围，以其为核心的光伏电池具有更高的理论转换效率，这使得能否制备高质量、delta相含量低的FAPbI₃型钙钛矿薄膜就成为这种材料能否进一步提高其在光伏发电领域的关键。

发明内容