[发明专利]一种低温制备大晶粒钙钛矿薄膜的方法

说明书

本发明涉及一种低温制备大晶粒钙钛矿薄膜的方法，包括：(1)将供体A和供体B加入溶剂中，搅拌，得到浓度为1～1.5M的钙钛矿前驱体溶液；(2)将步骤(1)制得的钙钛矿前驱体溶液旋涂在预处理后的导电基底上，同时滴加反溶剂，得到亚稳定的中间相薄膜；其中钙钛矿前驱体溶液和反溶剂的体积比为1:1～3；(3)将步骤(2)制得的中间相薄膜在60～80℃下退火处理，即得。利用该方法可实现钙钛矿的低温成膜，制得的钙钛矿薄膜更加均匀致密而且晶粒明显增大；利用该钙钛矿薄膜制得的柔性钙钛矿太阳能电池的光电转换效率得到明显提高。

技术领域

本发明属于钙钛矿太阳能电池材料制备技术领域，特别涉及一种低温制备大晶粒钙钛矿薄膜的方法。

背景技术

由于钙钛矿材料优异的光电性能，钙钛矿太阳能电池受到了广泛的关注，发展出多种制备方法包括溶液法、化学气相沉积、全印刷等方法。其中溶液法因为低温制备、操作简便、对设备依赖小等优点被广泛应用。但是通过溶液法制备的钙钛矿薄膜表面粗糙，且存在有机溶剂的残留，在制备过程中加入反溶剂可以提高钙钛矿的成膜质量。

反溶剂辅助溶液法需要退火处理蒸发溶剂以加速钙钛矿结晶。现有技术中通常的退火温度选择在100～150℃，这一温度不利于在PET-ITO柔性基底上制备钙钛矿薄膜，因为PET的玻璃化转变温度在80℃左右，超过这一温度PET会发生热变形，最终导致制备的基于PET-ITO基底的柔性钙钛矿太阳能电池的效率普遍较低，且电池抗弯折性能差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种低温制备大晶粒钙钛矿薄膜的方法，以克服现有技术中采用常规溶液法制得的钙钛矿薄膜表面粗糙，且存在有机溶剂的残留以及退火处理过程由于温度高于柔性基底的玻璃化转变温度易导致热变形，最终影响柔性钙钛矿太阳能电池性能的缺陷。本发明通过调控反溶剂和钙钛矿前驱体溶液的比例，使退火处理前的薄膜处于亚稳定态，在低温下制备得到高质量的具有大晶粒的致密光滑钙钛矿薄膜，实现钙钛矿的低温成膜和高质量结晶，用于制备高性能的柔性钙钛矿太阳能电池。

本发明的一种低温制备大晶粒钙钛矿薄膜的方法，包括：

(1)将供体A和供体B加入溶剂中，搅拌，得到浓度为1～1.5M的钙钛矿前驱体溶液；其中供体A与供体B的摩尔比为1:1～2；

(2)将步骤(1)制得的钙钛矿前驱体溶液旋涂在预处理后的导电基底上，同时滴加反溶剂，得到亚稳定的中间相薄膜；其中钙钛矿前驱体溶液和反溶剂的体积比为1:1～3；可依据反溶剂的极性和沸点选择合适的用量；

(3)将步骤(2)制得的中间相薄膜在60～80℃下退火处理，得到平均粒径为250～500nm的大晶粒钙钛矿薄膜。

所述步骤(1)中的供体A为碘化铅、溴化铅中的一种或两种；供体B为碘化甲脒、溴化甲脒、碘化甲胺、溴化甲胺中的一种或几种。

所述步骤(1)中的供体A优选为碘化铅和溴化铅；供体B优选为碘化甲脒和溴化甲胺。

所述步骤(1)中供体A与供体B的摩尔比优选为1:1。

所述步骤(1)中钙钛矿前驱体溶液的浓度优选为1M。

所述步骤(1)的溶剂为N,N-二甲基甲酰胺和N,N-二甲基亚砜的混合溶液。

所述混合溶液中N,N-二甲基甲酰胺和N,N-二甲基亚砜的体积比为4:1。

所述步骤(2)中的导电基底为FTO玻璃、ITO玻璃、AZO玻璃或ITO-PET。

所述步骤(2)中的反溶剂为甲苯、氯苯、氯仿、乙醚或仲丁醇。

所述步骤(2)中的反溶剂最优选为甲苯，钙钛矿前驱体溶液和甲苯的体积比最优选为1:3。