[发明专利]钙钛矿薄膜及其制备方法和应用

说明书

本发明公开一种钙钛矿薄膜及其制备方法和应用，钙钛矿薄膜按如下方法制备：在钙钛矿的前驱液中加入一定量的二苯基亚砜，搅拌至充分溶解；将上述溶液制备成一层前驱液薄膜；对前驱液薄膜进行萃取处理，退火处理即得；应用上述钙钛矿薄膜的钙钛矿模组包括透明基底、透明电极、第一传输层、钙钛矿薄膜、第二传输层和背电极。本发明通过在钙钛矿的前驱液中添加二苯基亚砜固体添加剂，与钙钛矿材料形成配位，使得前驱液薄膜稳定化，从而获得较大的工艺窗口以便应用于大面积制备技术中；利用萃取剂将前驱液薄膜中的二苯基亚砜和残留的溶剂萃取出来得到钙钛矿薄膜，并通过退火处理，提高薄膜结晶性并去除其他残留物质。

技术领域

本发明涉及太阳能钙钛矿模组技术领域，具体涉及一种大面积高质量高均匀性钙钛矿薄膜及其制备方法和应用。

背景技术

钙钛矿材料由于其直接带隙、高的载流子迁移率、大的载流子扩散长度和高的吸收系数而具有优异的电学和光电性质，已经在多个领域崭露头角，特别是钙钛矿电池、发光器件等光电器件领域。

制备高质量的钙钛矿薄膜是实现高性能的光电器件的基础，而制备大面积、高质量、高均匀性的钙钛矿薄膜则是实现规模化应用钙钛矿材料的重要一环。目前，溶液法是制备高质量钙钛矿材料最常用的方法，其具有低成本、易实现等优点。其中，旋涂的方法可以获得小面积的高质量钙钛矿薄膜，但是其工艺窗口小而且难以得到大面积高均匀性高质量的薄膜。而涂布和刮涂等常用的大面积技术则由于工艺窗口小，难以制备高质量的钙钛矿薄膜。因此，实现大面积、高质量、高均匀性的钙钛矿薄膜是一个尚未完全解决的难题。

从应用角度来讲，以太阳能钙钛矿电池为例，太阳能钙钛矿电池技术走向应用必然要求其实现规模化。但到2018年6月为止，小面积（小于1 cm²）太阳能钙钛矿电池器件的能量转换效率达到了22.7％，27.7cm²的迷你模组效率为17.25%， 703cm²的子模组效率为11.7%。大尺寸的钙钛矿模组的效率远落后于小尺寸器件。大尺寸钙钛矿模组性能受限的其中一个关键原因在于难以可重现的制备大面积、高质量、高均匀性的钙钛矿薄膜。

综上所述，需要采用合适的钙钛矿薄膜制备方案，制备大面积、高质量、高均匀性的钙钛矿薄膜，可重现的实现大面积钙钛矿模组的高效率，最终提高钙钛矿材料的可应用性。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术不足，提供一种大面积高质量高均匀性钙钛矿薄膜及其制备方法和应用。

为达到上述技术目的，本发明的技术方案提供一种大面积高质量高均匀性钙钛矿薄膜的制备方法，包括如下步骤：

（1）在钙钛矿的前驱液中加入一定量的二苯基亚砜，搅拌至充分溶解；

（2）将步骤（1）制备的溶液制备成一层前驱液薄膜；

（3）采用萃取剂对前驱液薄膜进行萃取处理；

（4）将萃取处理后的薄膜进行退火处理，即得钙钛矿薄膜。

优选地，所述前驱液由钙钛矿材料加入溶剂中溶解形成，所述钙钛矿材料为ABX₃结构，其中，A为甲脒、铯、甲胺中的一种或两者混合；B为铅、锡中的一种或两者混合；X为碘、溴、氯中的一种或两者混合。

优选地，所述溶剂为二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、γ-丁内酯、N-甲基吡咯烷酮中的至少一种。

优选地，所述萃取剂为乙醚、丁醚、正己烷、氯苯、甲苯中的至少一种。

优选地，所述钙钛矿材料与二苯亚砜的摩尔比例为1:0.05~20。

优选地，所述前驱液薄膜制备完成后至其开始萃取处理的时间间隔为30秒至10小时。

优选地，所述萃取处理的处理时间为10秒至5小时。