[发明专利]基于单晶转移法制备太阳能电池吸光层的方法及其应用

说明书

本发明属于钙钛矿功能器件领域，具体公开了一种基于单晶转移法制备太阳能电池吸光层的方法及其应用，其中内部含有钙钛矿材料的结构的制备方法包括以下步骤：(1)制备钙钛矿材料的单晶粉末；(2)制备介孔结构；(3)将单晶粉末置于介孔结构的表面，通入甲胺气使单晶粉末转变为液态中间相，静置使液态中间相渗透进入介孔结构；(4)通入氩气或氮气，使甲胺气排出，辅助使介孔结构内部的液态中间相转变为固态的钙钛矿材料。本发明通过对内部含有钙钛矿材料的结构的制备方法其整体流程工艺设计，利用钙钛矿材料在甲胺气、不含甲胺气的气氛下发生相态作用，可实现钙钛矿单晶转移，并可有效提高钙钛矿太阳能电池器件的性能。

技术领域

本发明属于钙钛矿功能器件技术领域，尤其是钙钛矿太阳能电池领域，更具体地，涉及一种基于单晶转移法制备太阳能电池吸光层的方法及其应用。

背景技术

太阳能作为可再生的清洁能源，取之不尽用之不竭。我国地处亚欧大陆，有丰富的太阳能资源供人们开发利用。太阳能电池是利用半导体的光生伏打效应制备的一类将光能转化为电能的装置。硅基太阳电池是开发最早一类太阳能电池、制备技术较为成熟、光电转化效率较高,一直在光伏市场中占有相当的份额。然而，硅基太阳能电池的生产中需要高温工艺，能耗和成本较高,一定程度上限制了晶硅太阳能电池成本的进一步降低。钙钛矿太阳能电池发展迅速，在众多的新型太阳能电池中脱颖而出，目前已经公证到了与硅基太阳能电池相媲美的22.7％的光电转化效率，也因此得到国内外的广泛关注。

目前钙钛矿太阳能电池吸光层制备的工艺有溶液法(滴涂、反溶剂、顺序沉淀法)、气相沉积法、真空辅助法等。然而，现有的太阳能电池吸光层制备方法中，吸光材料易形成缺陷、溶剂中多含有GBL、DMF、DMSO等有毒溶剂、生产过程中需要高温退火或真空环境，耗能较高等技术问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种基于单晶转移法制备太阳能电池吸光层的方法及其应用，其中通过对内部含有钙钛矿材料的结构的制备方法其整体流程工艺设计，尤其是各个步骤所处的环境气氛等进行改进，利用钙钛矿材料在甲胺气、不含甲胺气的气氛下发生相变作用，可实现钙钛矿单晶转移，与现有技术相比能够有效解决现有的内部含有钙钛矿材料的结构(如太阳能电池吸光层)它们的制备方法存在的材料缺陷多、使用有毒溶剂、制备过程能耗较大的技术问题。本发明的工艺过程无溶剂参与、室温下进行、制备的器件中缺陷较少，器件获得较高的电压和性能。利用本发明的方法尤其可获得光电转化效率为15.17％，4500h暗态稳定性良好的钙钛矿太阳能电池。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种内部含有钙钛矿材料的结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)制备钙钛矿材料的单晶粉末；

(2)制备介孔结构；

(3)将所述步骤(1)制备得到的所述钙钛矿材料的单晶粉末置于所述步骤(2)得到的所述介孔结构的表面，然后通入甲胺气形成甲胺氛围，使单晶粉末的钙钛矿材料转变为液态中间相的钙钛矿材料，接着静置使所述液态中间相的钙钛矿材料渗透进入所述介孔结构的内部；

(4)通入氩气或氮气，使所述甲胺气排出，辅助使所述平板结构表面的液态中间相的钙钛矿材料、或所述介孔结构内部的液态中间相的钙钛矿材料转变为固态的钙钛矿材料，即可制备得到内部含有钙钛矿材料的结构。

作为本发明的进一步优选，所述步骤(1)是先采用逆温生长法生长钙钛矿材料的单晶，然后再研磨形成单晶粉末，该步骤(1)中，所述钙钛矿材料为有机无机杂化的钙钛矿材料，优选为碘铅甲胺钙钛矿材料。

按照本发明的另一方面，提供了利用上述制备方法制备得到的内部含有钙钛矿材料的结构在太阳能电池或光电探测器中的应用。

按照本发明的另一方面，提供了一种基于单晶转移法制备钙钛矿太阳能电池吸光层的方法，其特征在于，包括以下步骤：