[发明专利]无铅锡基卤化物钙钛矿薄膜、其制备方法及其应用

说明书

本发明提供一种无铅锡基卤化物钙钛矿薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括：步骤一：将锡基源化合物，有机无机源卤化物和多苯环芳香胺类化合物事先溶于混合极性溶剂中，同时加入氟化锡作为抗氧化剂，配制前驱体溶液，步骤二：将钙钛矿前驱体溶液旋涂到制备好的基板上，并且在旋涂结束后进行退火处理，即可得到锡基卤化物钙钛矿薄膜，本发明的非铅钙钛矿薄膜具有成膜性好，结晶性高，稳定性好的特点，基于本发明可制得环境友好且稳定性和光电转换效率较高的无铅钙钛矿太阳能电池。

技术领域

本发明涉及一种无铅锡基卤化物钙钛矿，具体的说是一种无铅锡基卤化物钙钛矿制备方法及应用，属于太阳能电池技术领域。

背景技术

太阳能电池是一种能够将太阳能直接转换成电能的光电器件。钙钛矿太阳能电池则是利用一类有机无机金属卤化物作为吸光材料制备的新型太阳能电池。钙钛矿太阳能电池具有低成本、制备工艺简单、光电转化效率高等优点，因此受到了人们的极大关注。目前，实验室的效率值已经突破24.2％，具有非常大的应用潜力。但是，目前高效率的杂化钙钛矿材料通常含有有毒的重金属元素铅，铅的毒性对于未来真正的商业化生产使用以及后续的环保处理是一个巨大的问题。

杂化钙钛矿材料的化学结构可以用ABX3来表示。A位是由Cs、MA或者FA等阳离子构成，B位则表示的是Pb、Sn、Bi等多价金属阳离子，X为Cl、Br、I。寻找低毒或者无毒的无铅钙钛矿材料是这类太阳能电池发展中的一个重要方向。在所有已经被报道的铅可替代元素中，Sn，Bi，Cu等元素成为比较有潜力的元素。其中，尤以Sn基钙钛矿材料性能最为突出，其拥有更为合适的带隙值(1.34eV)，电池具备更高的能量转化效率。但由于二价锡在空气中极易氧化，导致锡基钙钛矿本身的稳定性比较差，降低了器件的效率和稳定性。虽然借鉴传统太阳能电池稳定性提升的方法同样可以用来制备稳定性较好的锡基钙钛矿太阳能电池，但可能会增加了目前制备过程的复杂性和成本。因此，本发明利用一种多苯环芳香胺添加剂，通过简单的前驱体溶液添加，能够很好的调控锡基钙钛矿薄膜的结晶过程，得到了高质量、结晶性好的无铅锡基钙钛矿薄膜。并且最终的器件性能和稳定性都有了一定的提升。

发明内容

本发明的目的是提供一种无铅锡基卤化物钙钛矿薄膜、其制备方法及其应用，具有成膜性好，结晶性高，稳定性好的特点。

本发明的目的是这样实现的：一种无铅锡基卤化物钙钛矿薄膜，其特征在于，其掺杂有多苯环芳香胺类化合物。

作为本发明的进一步限定，所述多苯环芳香胺类化合物具有如式(I)所示结构：

其中，n≥1，取整数；R为I、Br、Cl中的一种。

一种无铅锡基卤化物钙钛矿薄膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将锡基源化合物，有机无机源卤化物和多苯环芳香胺类化合物事先溶于混合极性溶剂中，同时加入氟化亚锡作为抗氧化剂，持续搅拌配制前驱体溶液；

步骤2：在已经旋涂了空穴传输层的ITO玻璃基底上，进行上述钙钛矿溶液旋涂，旋涂结束后，在100℃下退火10分钟，得到无铅锡基卤化物钙钛矿薄膜。

作为本发明的进一步限定，步骤1)中选用的锡基源化合物为卤化亚锡，有机无机源卤化物为甲脒氢碘酸盐。

作为本发明的进一步限定，步骤1)中制备前驱体溶液的原料用量要求为：锡基源卤化物、有机无机源卤化物、多苯环芳香胺化合物以及氟化亚锡抗氧化剂的摩尔比为1：(1-x)：x：0.1，其中0＜x≤1。

作为本发明的进一步限定，步骤1)中混合极性溶剂为DMF和DMSO按照4:1的体积比制得。

一种无铅锡基卤化物钙钛矿薄膜应用，使用无铅锡基卤化物钙钛矿薄膜制备无铅的太阳能电池，所述太阳能电池包括ITO电极，空穴传输层，无铅锡基卤化物钙钛矿薄膜，电子传输层，空穴阻挡层以及金属电极的倒置结构。