[发明专利]基于预成核控制法在空气中制备钙钛矿薄膜的方法及应用

说明书

本发明公开了一种基于预成核控制法在空气中制备钙钛矿薄膜的方法及应用，该方法包括：S1：制备钙钛矿前驱液；S2：将钙钛矿前驱液铺展在基片上，对钙钛矿前驱液进行至少两次溶剂移除处理，使钙钛矿前驱液经过多次成核生成大量晶核，得到中间相液膜；通过多次的溶剂移除处理可控制液膜的浓度始终高于成核阈值，以抑制生成的晶核长大；S3：对该方法得到的中间相液膜进行退火处理，得到致密的钙钛矿膜；本发明通过预先移除溶剂控制前驱液的浓度始终高于成核阈值，在促进大量晶核生成的同时抑制中间相晶核长大，在含水气的空气中，可避免因晶核长大破坏膜的致密性和均一性，生成的钙钛矿膜具有高质量和高可重复性，可脱离手套箱实现大批量制备。

技术领域

本发明属于光伏器件技术领域，更具体地，涉及一种基于预成核控制法在空气中制备钙钛矿薄膜的方法及应用。

背景技术

钙钛矿太阳能电池在短短几年内快速发展，光电转换效率从最初的3.8％快速上升到24.2％。钙钛矿太阳能电池的优势在于能量转化效率高、工艺简单、可通过溶液方法制备。一般先制备钙钛矿前驱液，通过旋涂法将钙钛矿前驱液涂覆于基片之上并烘干，得到作为吸光层的钙钛矿薄膜；钙钛矿前驱液是将胺类、铅类溶解在DMF和DMSO溶剂中，搅拌若干小时得到的均匀溶液。由于空气中含有水气，空气湿度一般在20％RH到80％RH之间，钙钛矿前驱液中的胺类、DMF和DMSO均有很强的亲水性，不仅DMSO和DMF等溶剂可以与水混溶，而且钙钛矿本身对水敏感也容易降解，导致制备的钙钛矿膜具有很多裂痕和孔隙，影响器件效率，目前空气中制备钙钛矿存在很大的挑战。

目前高性能的钙钛矿层都是在手套箱中制备，手套箱内的水气一般可控制在0.1ppm以下，有利于制备致密的钙钛矿薄膜；但是该方法存在以下缺点：手套箱空间有限，且制备过程中箱内溶剂气氛不断增多，因此极大地限制了钙钛矿太阳能电池的规模化生产；手套箱仅适合小面积、小批量试产，不适合大批量生产制备；在钙钛矿太阳能电池发展的现阶段中，大规模制备与批量生产的问题亟待解决。

因此，开发出能够适应大气环境的制备工艺对以钙钛矿薄膜作为吸光层的电池或器件的批量生产与大规模应用具有非常重要的意义。

发明内容

针对现有技术的至少一个缺陷或改进需求，本发明提供了基于预成核控制法在空气中制备钙钛矿薄膜的方法及应用，其目的在于解决现有的钙钛矿膜制备方法无法同时兼顾钙钛矿膜的批量生产与高性能的问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于预成核控制法在空气中制备钙钛矿薄膜的方法，包括以下步骤：

S1：制备钙钛矿前驱液；

S2：将所述钙钛矿前驱液铺展在基片上，对钙钛矿前驱液进行至少两次溶剂移除处理，使该钙钛矿前驱液经过多次成核生成大量晶核，得到在空气中更为稳定的中间相液膜；

通过多次的溶剂移除处理控制钙钛矿前驱液的浓度始终高于成核阈值，以使钙钛矿前驱液中保持不间断地成核过程并抑制生成的晶核长大；

S3：对所述中间相液膜进行退火处理，得到致密的钙钛矿膜。

优选的，上述基于预成核控制法在空气中制备钙钛矿薄膜的方法，所述溶剂移除处理采用反溶剂萃取，萃取使用的反溶剂为苯甲醚、甲苯、乙酸乙酯、乙醚中的任一种或多种的混合物。

优选的，上述基于预成核控制法在空气中制备钙钛矿薄膜的方法，所述溶剂移除处理采用气刀刮涂，采用的气体为氮气、氩气或干燥空气。

优选的，上述基于预成核控制法在空气中制备钙钛矿薄膜的方法，相邻两次溶剂移除处理之间的时间间隔为1-1800s；进一步优选为5-60s。

优选的，上述基于预成核控制法在空气中制备钙钛矿薄膜的方法，第一次反溶剂萃取时，每单位面积基片上所述反溶剂的加入量为16-96uL/cm²，其余次反溶剂萃取时所述反溶剂的加入量为16-400uL/cm²。