[发明专利]一种低维无铅钙钛矿薄膜及其无铅钙钛矿太阳能电池制备方法

说明书

本发明涉及一种低维无铅钙钛矿薄膜及其无铅钙钛矿太阳能电池制备方法，属于光电材料与器件领域。该发明利用特殊的混合溶剂以及加热旋涂技术，在沉积有空穴传输层的ITO玻璃基底上一步旋涂制备得到低维锡基钙钛矿薄膜，经过退火处理后，此薄膜表面平整致密，晶粒大小接近10μm，制备方法简易。所制备的低维锡基钙钛矿太阳能电池具有较高的光电转化效率和良好的器件稳定性。

技术领域

本发明涉及一种低维无铅基钙钛矿薄膜及其无铅钙钛矿太阳能电池制备方法，尤其是一种可制备超大晶粒的高质量低维无铅钙钛矿薄膜及其太阳能电池器件的简单方法，属于光电材料与器件技术领域。

背景技术

随着社会的不断发展，能源污染问题越来越受到人们的重视，寻找清洁可再生能源以及迫在眉睫。太阳能作为地球上最丰富的可再生能源之一，受到人们的关注。其中，太阳能电池是利用太阳能的一个重要途径。目前市场化使用的大多是硅太阳能电池，但是硅太阳能电池成本较高，能耗大，很大程度上限制了硅太阳能电池的大规模应用。

有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池自2009年问世至今，短短几年光电转化效率就从3.8％提升到了22.7％。虽然钙钛矿太阳能电池的光电转化效率发展如此迅速，但在其产业化的道理上依然存在着许多的问题。其中，一般使用的有机无机杂化钙钛矿太阳能电池在面向市场时都存在着两个急需解决的问题。一个就是有毒元素铅急需替换，另一个就是钙钛矿外界环境工作稳定性有待提升。

目前对于有毒元素铅的替换一般都使用锡元素，但由于二价锡元素在空气中极易氧化，导致其器件很不稳定。虽然目前有借鉴铅基钙钛矿太阳能电池稳定性的方法来制备低维锡基钙钛矿薄膜及其太阳能电池使其稳定性得到了一定的提升，但由于其薄膜结晶过程不好控制导致其薄膜质量不高。并且大多工艺使用反溶剂，增加了制备过程的复杂性和成本。本发明结合特殊混合溶剂的溶剂效应以及简单的一步加热旋涂法很好的控制了低维锡基钙钛矿薄膜的结晶过程，得到了高质量超大晶粒的低维锡基钙钛矿薄膜。并且最终的器件性能和稳定性都有了一定的提升。

发明内容

本发明解决的技术问题是针对低维锡基钙钛矿薄膜结晶过程不易控制，薄膜质量不高，提出一种简单的超大晶粒，低维无铅钙钛矿薄膜及其无铅钙钛矿太阳能电池制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案是：一种简单的、超大晶粒的、低维无铅钙钛矿薄膜及其无铅钙钛矿太阳能电池制备方法，包括以下步骤：

(1)将丁胺的碘盐，氯甲胺，碘化亚锡以及氟化亚锡按摩尔比2:3:4:0.8溶于特殊的混合溶剂中配置成低维锡基钙钛矿前驱液，在30-120℃下搅拌3-5小时；

(2)在清洗并且处理过的ITO透明导电玻璃上旋涂沉积空穴传输材料；

(3)在沉积有空穴传输层的ITO基底上，利用加热旋涂技术沉积低维锡基钙钛矿薄膜，经过退火处理后得到平整致密的超大晶粒锡基钙钛矿薄膜；

(4)在此钙钛矿薄膜上旋涂沉积电子传输层；

(5)在电子传输层上接着真空热蒸镀界面修饰层和金属电极。

优选的，所述步骤(1)中特殊的混合溶剂为醋酸甲胺和二甲基亚枫的混合溶剂，其3中醋酸甲胺体积比二甲基亚枫体积为25％-400％。

优选的，所述步骤(1)中钙钛矿前驱液浓度为100-300mg/mL。

优选的，所述步骤(2)中透明导电ITO电极上沉积的空穴传输层为PEDOT:PSS，具体步骤为：旋涂PEDOT:PSS后，在120℃下退火30min。

优选的，所述步骤(3)中加热旋涂技术的基板温度为40-120℃。

优选的，所述步骤(4)中旋涂沉积的电子传输层为PCBM，其中PCBM以18mg/mL的浓度溶于氯苯溶液中。