[发明专利]基于梯度退火与反溶剂的全无机钙钛矿电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于梯度退火与反溶剂协同效应制备无机钙钛矿电池的方法及制备的无机钙钛矿电池，是一种能够在低温下完成、制备简易、成本较低以及效率较高的钙钛矿太阳能电池，其中，钙钛矿层选择利用梯度退火以及反溶剂处理的溶液旋涂方式形成，能够得到更平整、更均匀、效率更高、更加稳定的薄膜。相较于常用的一步退火以及有毒反溶剂的方法，梯度退火的方法能形成更加致密的薄膜以及更纯的相态；绿色反溶剂的使用摒弃了传统的有毒反溶剂，有效减少了环境污染。并且，在微观结构上，反溶剂处理的薄膜晶粒达到微米级别，晶界极少，整个薄膜的缺陷态也因此得到了抑制，这也为钙钛矿薄膜的热稳定性和湿度稳定性提供了保障。

技术领域

本发明涉及一种太阳能电池，具体涉及一种全无机钙钛矿太阳能电池及其制备方法，尤其涉及基于梯度退火与反溶剂协同效应制备无机钙钛矿电池的方法及制备的无机钙钛矿电池。

背景技术

无机钙钛矿太阳能电池采用叠层结构，将无机钙钛矿活性层置于电子传输层和空穴传输层之间，避免了钙钛矿与阳极和阴极的直接接触而降低太阳能的转换效率，一般采用有机小分子或聚合物作为空穴传输层的材料，采用金属氧化物作为电子传输层的材料。钙钛矿活性层的成膜质量对于太阳能电池的光电转换效率起着至关重要的作用，目前制备无机钙钛矿的主要方法为溶液成膜法，溶液成膜法一般需要反溶剂加速晶体析出，从而加快晶体的生长；而现有使用的反溶剂通常为氯苯、氯仿等有毒溶剂，并不是绿色溶剂，会对环境产生很大的影响；另外，无机钙钛矿薄膜中的小晶粒以及多孔的形貌会降低电池的整体性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种全无机钙钛矿太阳能电池及其制备方法，利用梯度退火以及绿色反溶剂的方法有效提高太阳能电池的光电转化效率，整个电池制备过程不需要高温煅烧，重复性高，操作方便。

本发明采用如下技术方案：

一种基于梯度退火与反溶剂协同效应制备无机钙钛矿电池的方法，采用梯度退火和反溶剂处理的方法制备钙钛矿层。

本发明中，所述钙钛矿层的厚度为100～1000nm；制备钙钛矿层的钙钛矿前驱体溶液中，溶剂为酰胺类溶剂和/或砜类溶剂，优选DMF和/或DMSO，更优选DMSO；制备钙钛矿层的钙钛矿前驱体溶液的浓度为0.4～2M，优选1～1.8M；所述梯度退火的工艺为40～70℃/0.5～5min+70～130℃/0.5～5min+130～160℃/5～20min+160～280℃/0～20mi，优选的，所述梯度退火的工艺为40～60℃/1～2min+80～120℃/1～2min+150～180℃/5～15min+180～200℃/0～2min；所述反溶剂为醇类溶剂、苯类溶剂或者醚类溶剂；制备钙钛矿层时，旋涂转速为2500～3500rpm，时间为25～45秒。现有技术为了获得较高质量的薄膜，一般采用较低浓度的前驱体溶液（小于0.8M），以及含有大量DMF的混合溶剂，但是为了得到接近300nm的膜厚，现有方法一般伴随着较低的转速，小于1500rpm，从而在成膜质量方面得不到保证；本发明采用纯DMSO作为溶剂从而保证了高浓度前驱体溶液，经过高速旋涂（3000rpm），在取得高质量薄膜（表面平整均匀、稳定性好、重复性好，缺陷较少）的同时，膜厚能达到500nm，取得了意想不到的技术效果。