[发明专利]一种有机-无机杂化钙钛矿薄膜的制备方法

说明书

本发明涉及一种有机‑无机杂化钙钛矿薄膜的制备方法，属于有机‑无机杂化材料和光电材料技术领域。本发明所述方法主要是在钙钛矿前驱体溶液中引入有机胺，再通过旋涂工艺、刮涂工艺、喷涂工艺以及印刷工艺等多种连续化生产工艺沉积钙钛矿薄膜，最后进行退火处理。本发明通过引入有机胺，不仅能够抑制碘负离子的氧化，使得原料配比精确可控，减少碘造成的缺陷；而且还能够调控晶体生产过程，使所制备的钙钛矿薄膜中晶粒尺寸大、缺陷少，大大提高了钙钛矿薄膜的质量，从而有利于改善钙钛矿太阳能电池器件的性能。

技术领域

本发明涉及一种有机-无机杂化钙钛矿薄膜的制备方法，属于有机-无机杂化材料和光电材料技术领域。

背景技术

随着经济的快速发展，人类对能源的需求与日俱增。作为一种环境友好型可再生能源的太阳能电池技术被广泛关注。近年来，一种基于有机-无机杂化钙钛矿材料的太阳能电池，即钙钛矿太阳能电池因其效率高、成本低、可溶液法生产而备受广大研究者的关注。钙钛矿太阳能电池的光电转化效率在短短几年间就由最初的3.8％迅速提高到23％，而如何通过合适的工艺构筑高厚度低缺陷的有机-无机杂化钙钛矿薄膜是未来钙钛矿太阳能电池商业化的研究重点，因为这直接影响了钙钛矿太阳能电池的性能、良品率和工艺成本。

目前，钙钛矿的制备方法分为溶液法和真空法。其中，溶液法具有成本低、易生产等优点而更受关注。溶液法又分为一步成膜法和两步成膜法。一步成膜法是将铅盐和有机胺盐混合溶解配置成一种钙钛矿前驱液，再通过成膜、退火转化成钙钛矿薄膜。两步成膜法是将铅盐和有机铵盐分别溶解配置成两种前驱液，一般先使用含铅盐的前驱液制备铅盐膜，再与含有有机铵盐的另一种前驱液反应转化成钙钛矿，再通过成膜、退火转化成钙钛矿薄膜。由于实际生产中，溶液法通常需要在空气中操作，然而空气中铅盐和有机铵盐中的碘负离子易氧化生产碘，影响了原料配比，而且碘的存在能够成复合中心，影响钙钛矿太阳能电池性能。因此，在空气中用溶液法制备的钙钛矿薄膜晶粒尺寸小、缺陷较多，造成基于常规溶液法制备的钙钛矿太阳能电池电流、电压损失严重，大大降低了器件性能。

发明内容

针对在空气中采用溶液法制备的有机-无机杂化钙钛矿薄膜质量差、缺陷多以及晶粒尺寸小等问题，本发明提供一种有机-无机杂化钙钛矿薄膜的制备方法，主要是在钙钛矿前驱体溶液中引入有机胺，不仅能够抑制碘负离子的氧化，而且还能够调控晶体生产过程，从而获得晶粒尺寸大、缺陷少的高质量钙钛矿薄膜，有利于提高钙钛矿太阳能电池的光电转化效率。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种有机-无机杂化钙钛矿薄膜的制备方法，所述方法步骤如下：

(1)制备钙钛矿前驱体溶液

先将前驱体A与前驱体B溶解于溶剂Ⅰ中，再加入添加剂C，混合均匀，得到钙钛矿前驱体溶液；

(2)沉积钙钛矿薄膜

采用旋涂、刮涂、喷涂或印刷工艺将前驱体溶液沉积于基底上，形成钙钛矿湿膜；再将反溶剂滴于或喷淋于钙钛矿湿膜表面，或者将钙钛矿湿膜浸泡于反溶剂中1s～10min，在基底上形成钙钛矿薄膜；

(3)钙钛矿薄膜退火

将沉积有钙钛矿薄膜的基底置于40℃～200℃下退火处理1min～4h，得到有机-无机杂化钙钛矿薄膜。

上述步骤均在空气中进行，空气相对湿度范围为5％～55％，室温为5℃～40℃。

所述前驱体A为碘化铅、溴化铅、氯化铅、乙酸铅和硫氰酸铅中的一种以上，优选碘化铅。

所述前驱体B为甲基氯化铵、甲脒盐酸盐、甲基溴化铵、甲脒氢溴酸盐、甲基碘化铵和甲脒氢碘酸盐中的一种以上，优选甲基碘化铵。

所述溶剂Ⅰ为N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、γ-丁内酯和N-甲基吡咯烷酮中的一种以上，优选为N,N-二甲基甲酰胺。