[发明专利]钙钛矿薄膜、钙钛矿太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明涉及钙钛矿薄膜、钙钛矿太阳能电池及其制备方法。所述钙钛矿薄膜包括钙钛矿型ABX₃有机‑无机杂化材料和聚合物，所述聚合物由丙烯酸酯单体聚合得到。其制备方法包括以下步骤：将丙烯酸酯单体、AX和BX₂溶于溶剂中，得到钙钛矿前驱体溶液；将所述钙钛矿前驱体溶液形成于一基底上；对带有钙钛矿前驱体溶液的基底依次进行退火处理和光照处理，得到钙钛矿薄膜；其中，在光照处理过程中所述丙烯酸酯进行聚合反应。本发明的钙钛矿薄膜对钙钛矿晶界进行了保护，钙钛矿薄膜的稳定性好。将其应用于钙钛矿太阳能电池及其制备方法中，可使钙钛矿太阳能电池具有高转化效率的同时还具有良好的稳定性。

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，特别是涉及钙钛矿薄膜、钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术

钙钛矿太阳能电池效率高，成本低，近年来受到了人们的广泛关注。目前，制约钙钛矿太阳能电池走向实用化的最大瓶颈在于其稳定性。因此，如何在维持其高效率的同时最大限度地提高其稳定性成为一个非常有意义的研究方向。

钙钛矿太阳能电池的稳定性在一定程度上取决于钙钛矿薄膜的稳定性。在传统的钙钛矿薄膜的制备方法中，溶液法制备的钙钛矿薄膜通常含有非常多的表面和晶界缺陷，导致空气中的水、氧等会通过这些缺陷渗透进钙钛矿内部，进而引起钙钛矿的分解。同时，由于界面缺陷在能量上是不稳定的，容易受到外界因素(如光照、电场、加热等)的攻击，也会加速钙钛矿的分解。因此，为了提高钙钛矿薄膜的稳定性，需要对钙钛矿的晶界进行保护。

发明内容

基于此，有必要针对钙钛矿薄膜不稳定的问题，提供一种钙钛矿薄膜及其制备方法，该钙钛矿薄膜对钙钛矿晶界进行了保护，钙钛矿薄膜的稳定性好；将其应用于钙钛矿太阳能电池及其制备方法中，可使钙钛矿太阳能电池具有高转化效率的同时还具有良好的稳定性。

一种钙钛矿薄膜，所述钙钛矿薄膜包括钙钛矿型ABX₃有机-无机杂化材料和聚合物，所述聚合物由丙烯酸酯单体聚合得到。

上述钙钛矿薄膜中，聚合物含有C＝O官能团和C＝C官能团，其中C＝O官能团可与钙钛矿晶界处的B离子(如Pb²⁺、Sn²⁺、Ge²⁺等)通过配位键发生弱相互作用，可以有效调节钙钛矿薄膜的生长，因此该钙钛矿薄膜均匀致密，没有明显空洞，钙钛矿薄膜的晶界缺陷被有效钝化，从而提高了钙钛矿薄膜的稳定性。同时C＝O官能团与B离子(如Pb²⁺、Sn²⁺、Ge²⁺等)的配位作用能够使聚合物有效地附着在晶界处，从而在晶界处形成致密的保护层，进而阻挡水、氧以及外加因素对钙钛矿的分解作用，提高钙钛矿电池的稳定性。因此，聚合物不仅可以作为钙钛矿晶界的保护层，还可以钝化晶界的缺陷，可协同提高钙钛矿薄膜的稳定性。

在其中一个实施例中，所述丙烯酸酯单体为甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、氰基丙烯酸乙酯中的一种或多种。

在其中一个实施例中，所述钙钛矿薄膜中所述聚合物的质量百分数为0.3％～2％。

在其中一个实施例中，所述钙钛矿型ABX₃有机-无机杂化材料中A为有机胺阳离子，B为Pb²⁺、Sn²⁺、Ge²⁺中的任意一种，X为卤素阴离子或SCN^-。

一种钙钛矿薄膜的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

将丙烯酸酯单体、AX和BX₂溶于溶剂中，得到钙钛矿前驱体溶液；

将所述钙钛矿前驱体溶液形成于一基底上；

对带有钙钛矿前驱体溶液的基底依次进行退火处理和光照处理，得到钙钛矿薄膜；其中，在光照处理过程中所述丙烯酸酯进行聚合反应。