[发明专利]一种晶种及其制备钙钛矿太阳能电池的方法

说明书

本发明涉及一种晶种，所述晶种为化合物，其化学通式为：E_xF_yG_zPb(I_aBr_bCl_c)₃，式中，E、F、G分别是铯、铷、胺基、脒基或者碱族中的任意一种一价阳离子，0≤x≤1.1，0≤y≤1.1，0≤z≤1.1，0.8≤x+y+z≤1.1，0.9≤a+b+c≤1.1，Pb为铅离子，I为碘离子，Br为溴离子，Cl为氯离子。本发明还公开使用该晶种制备钙钛矿太阳能电池的方法。本发明在卤化铅中加入钙钛矿晶种，控制钙钛矿晶体在特定的方向生长，使其在结晶过程中形成黑色的α相钙钛矿晶体而非黄相晶体，并在各种条件下稳定钙钛矿的晶相，可制备得到长期稳定的钙钛矿薄膜层，提高太阳能电池的效率及稳定性。

技术领域

本发明属于钙钛矿太阳能电池制备技术领域，特别涉及一种晶种及其制备钙钛矿太阳能电池的方法。

背景技术

钙钛矿太阳能电池受到广泛关注，它以有机金属卤化物为光吸收层。钙钛矿为ABX₃型的立方八面体结构，如图1所示。此种材料制备的薄膜太阳能电池工艺简便、生产成本低、稳定且转化率高，自2009年至今，光电转换效率从3.8%提升至23%以上，已高于商业化的晶硅太阳能电池且具有较大的成本优势。

为了进一步提高钙钛矿电池效率及稳定性，除了最常见的甲胺铅碘钙钛矿，研究者也会使用甲脒铅碘钙钛矿或纯无机钙钛矿，此类钙钛矿具有更高的效率及更优的热稳定性。同时，添加剂的应用可以辅助钙钛矿晶核更均匀的形成，并且影响钙钛矿材料的结晶过程，从而提高钙钛矿薄膜质量，精确控制其晶体生长，提高晶体的稳定性。应用添加剂的好处包括可制备平整的薄膜表面，提高表面覆盖率，控制晶粒大小，从而增大钙钛矿电池的并联电阻，进而达到增加电池效率的目的。

现有的钙钛矿薄膜添加剂主要有聚合物、富勒烯、金属卤素盐、无机酸、溶剂、有机卤素盐、纳米粒子和其他种类添加剂，这些添加剂通过调控钙钛矿的结晶过程，以稳定α相钙钛矿晶体。

钙钛矿材料在不同温度或环境下可能会呈现不一样的相，而不同的相会导致完全不同的光电性质，如甲脒铅碘钙钛矿通常在高温为黑相，而在常温下以黄色的δ相钙钛矿晶体形式存在，此种δ相钙钛矿晶体不具有光活性，从而影响器件的稳定性及效率。类似的相转变是钙钛矿太阳能电池稳定性差的重要因素之一。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种晶种及其制备钙钛矿太阳能电池的方法，针对一些常温下易于形成δ相晶体的钙钛矿黑相稳定性差的问题，从化学的角度设计钙钛矿晶体的结构，在前驱体溶液中加入“晶种”，钙钛矿晶体以此为生长“模板”，使钙钛矿晶体的生长过程中更易于形成有光电效应的黑相晶体而非黄相晶体。

本发明是这样实现的，提供一种晶种，所述晶种为化合物，其化学通式为：E_xF_yG_zPb(I_aBr_bCl_c)₃，式中，E、F、G分别是铯、铷、胺基、脒基或者碱族中的任意一种一价阳离子，0≤x≤1.1，0≤y≤1.1，0≤z≤1.1，0.8≤x+y+z≤1.1，0.9≤a+b+c≤1.1，Pb为铅离子，I为碘离子，Br为溴离子，Cl为氯离子。

进一步地，所述晶种被用于制备钙钛矿薄膜中。

本发明是这样实现的，提供一种制备钙钛矿太阳能电池的方法，在制备钙钛矿太阳能电池的过程中使用了如前所述的晶种。

进一步地，所述制备钙钛矿太阳能电池的方法为溶液法，其包括如下步骤：

步骤1. 制备含有晶种的钙钛矿前驱液，将钙钛矿前驱体的金属卤化物BX₂以及晶种溶解于有机溶剂中，得到混合晶种的钙钛矿前驱体BX₂前驱液；