[发明专利]一种钙钛矿多晶薄膜的印刷制备方法

说明书

本发明属于材料制备工艺领域，公开了一种钙钛矿多晶薄膜的印刷制备方法。本发明首先在钙钛矿前驱体溶液中加入适量添加剂得到混合溶液，然后在低温条件下将混合溶液印刷在基底上，形成一层前驱体湿膜，再将前驱体湿膜通过抽真空，形成中间相钙钛矿薄膜，最后经热退火处理，得到结晶度高、均一性良好的钙钛矿多晶薄膜。该方法通过添加剂的加入实现了对晶体质量和薄膜形貌的有效调控，且该方法具有广泛普适性可以拓展到Cs基全无机钙钛矿、FA基钙钛矿或含有FA/Cs混合钙钛矿，以及Pb/Sn混合钙钛矿等多种不同组分钙钛矿薄膜的制备。该方法简单易行，有助于实现钙钛矿电池和钙钛矿其他器件的大面积制备和产业化生产。

技术领域

本发明属于材料制备工艺领域，具体涉及一种钙钛矿多晶薄膜的印刷制备方法。

背景技术

近年来，钙钛矿半导体材料因为具有高吸光系数、高载流子迁移率、低激子结合能等优异的光电特性，成为最有前景的光伏材料之一，在学术界和产业界得到了广泛关注。钙钛矿太阳能电池的光伏性能主要取决于一层厚度为500nm左右的钙钛矿多晶薄膜，而钙钛矿薄膜的质量主要决定于制备工艺。目前，在实验室中，通过溶液加工制备钙钛矿薄膜的工艺主要包括基于反溶剂结晶的一步旋涂法和无机组分/有机组分依次沉积的两步法工艺。很显然，基于反溶剂萃取的一步法旋涂工艺无法应用到大面积的钙钛矿电池制备，而两步法容易造成有机组分或无机组分过量而影响钙钛矿的晶体质量。

相比之下，一步法可以通过前驱体溶液的配置进行化学组分的调节，可以有效避免某一组分过量或缺少带来的晶体薄膜缺陷。一步法印刷工艺开发已经有大量文献报道，但大部分都是在较高温度下进行前驱体涂布，通常大于100℃。其显著缺点是在此高温下涂布前驱体溶液，已经超出钙钛矿结晶所需要的温度，甚至接近溶剂的沸点，从而容易导致钙钛矿结晶和溶剂蒸发两个过程同时或交替进行。因此，高温涂布无法对钙钛矿薄膜结晶过程进行有效控制，从而无法控制钙钛矿的晶体质量和薄膜微观形貌，导致生产重复率低，难以应用于实际工业生产中。

CN 105702870A公开了一种利用溶液抽气法制备钙钛矿太阳能电池中钙钛矿薄膜的方法，虽然可在低溶剂分压的环境中进行抽气干燥使钙钛矿液膜中的溶质在基体表面异相形核并生长，再形成钙钛矿薄膜，但是控制干燥过程需要通过对基体粗糙形貌、热量补偿、抽气速度和干燥速度等方面来控制，这些复杂的工艺参数在一定程度上限制了钙钛矿薄膜的大面积产业化制备。

CN 105702871 A公开了一种利用溶液抽气通气法制备钙钛矿太阳能电池中钙钛矿薄膜的方法，但是需要在干燥过程中或完全干燥后通入不与钙钛矿反应的化学气体，在控制钙钛矿液膜中的溶质在基体表面异相形核并生长时，还需要对钙钛矿液膜或基底进行热量补偿，其中化学气体的流动性将会对钙钛矿薄膜造成破坏，热量补偿会增加生产中的能量损失，从而严重阻碍钙钛矿材料的产业化发展。

综上所述，当前已有的印刷工艺仍不能满足对大面积钙钛矿多晶薄膜结晶过程进行有效调控，因此，亟需开发一种新的可以实现在低温涂布，并对钙钛矿结晶过程进行有效调控的印刷制备工艺。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的目的在于提供一种钙钛矿多晶薄膜的印刷制备方法。该方法解决现有技术中使用印刷技术制备大面积钙钛矿薄膜的三大不足：高温涂布、结晶过程不可控和材料体系扩展性差，从而获得结晶度高、均匀和致密的钙钛矿多晶薄膜。

为了达到上述的目的，本发明采用的方案如下：

一种钙钛矿多晶薄膜的印刷制备方法，具体包括以下几个步骤：

1)将含有钙钛矿前驱体的混合溶液，通过印刷方法涂布在基底上，沉积形成前驱体湿膜；

2)对步骤1)所得前驱体湿膜进行真空预结晶处理，得到中间相钙钛矿薄膜；

3)对步骤2)所得中间相钙钛矿薄膜进行退火处理，即形成钙钛矿多晶薄膜。