[发明专利]一种高质量有机-无机杂化钙钛矿薄膜的制备方法及应用

说明书

本发明提供了一种高质量有机‑无机杂化钙钛矿薄膜的制备方法及应用，所述步骤如下：将二苯基硫卡巴腙作为添加剂溶解在碘化铅前驱体溶液中，经旋涂退火得到碘化铅薄膜；通过旋涂有机胺溶液，反应制得高质量有机‑无机杂化钙钛矿薄膜。基于二苯基硫卡巴腙添加剂制得的钙钛矿薄膜具有均匀致密的形貌，二苯基硫卡巴腙是典型的铅指示剂，其中含有的氮、硫原子可以与碘化铅中的铅发生配位作用，这一作用能有效减缓碘化铅与有机胺反应生成钙钛矿的速率，有利于晶粒长大成均匀致密的钙钛矿薄膜，可增强钙钛矿的结构稳定性，基于此钙钛矿薄膜的器件可以获得较高的器件效率。本发明的钙钛矿薄膜可以直接用于组装钙钛矿太阳能电池。

技术领域

本发明涉及一种高质量有机-无机杂化钙钛矿薄膜的制备方法及应用，属于有机-无机杂化材料和光电材料技术领域。

背景技术

传统化石能源的大量消耗造成的资源枯竭和环境污染问题日益严重，而这些问题的解决依赖于新能源的广泛开发利用。在所有新能源中，由于低成本﹑无污染﹑不受地域限制等特点，太阳能一直以来被人类广泛利用，太阳能光电池是当前利用太阳能的重要方式之一。

近年来，钙钛矿太阳能电池(PSC)因克服了传统染料敏化太阳能电池电解质易泄露、难封装的缺点而引起了科学家的广泛关注，其光电转换效率从2009年的3.8％已增至2019年的25.2％，是目前最有可能商业化的新型太阳能电池。而如何通过恰当的工艺制备高质量有机-无机杂化钙钛矿薄膜是获得高效率钙钛矿太阳能电池的关键。这是因为钙钛矿薄膜的质量不但会影响光吸收效率，还会影响电子分流路径、电荷分离迁移效率，进而影响PSC器件的整体效率和稳定性。因此制备形貌可控、均匀致密的高质量钙钛矿薄膜对于开发效率高，稳定性好的PSC具有重要意义。

造成钙钛矿层结构不连续、不致密和晶体缺陷多的原因主要是钙钛矿的结晶速率过快。通过向前驱体溶液中加入添加剂可以实现对钙钛矿结晶动力学的调控，抑制缺陷生成，从而获得均匀致密的钙钛矿薄膜。比如二甲亚砜或1，8-二碘辛烷等溶剂添加剂可以与碘化铅生成配位中间体，降低了钙钛矿的生成速率，从而获得均匀致密的钙钛矿薄膜；富勒烯衍生物添加剂可以均匀地填充到钙钛矿晶界处的针孔和空隙处，钝化晶界并减少电子复合；氢碘酸等无机酸添加剂可以增加钙钛矿前驱体的溶解度，从而提高成核的过饱和点，减少晶界；硫化铅等纳米粒子添加剂可以作为成核位点促进钙钛矿晶粒的生成和生长；乙酸甲胺等离子液体添加剂有利于获得均匀致密的钙钛矿层。聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚甲基丙烯酸甲酯和聚醚酰亚胺等聚合物添加剂的长链网络结构可以作为模板改善钙钛矿薄膜的覆盖度和结晶形貌。但在这几种添加剂中，有的制备和纯化成本相对较高，有的可能在前驱体溶液中引入破坏钙钛矿结构的水，有的可引起相分离，甚至会增加电荷传输阻抗，这些添加剂在一定程度上均抵消了其改善钙钛矿结晶质量的积极作用。

发明内容

针对钙钛矿的结晶速率快，钙钛矿太阳能电池整体效率和稳定性不足的问题本发明提供了一种高质量有机-无机杂化钙钛矿薄膜的制备方法及应用。

为了达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：

一种高质量有机-无机杂化钙钛矿薄膜的制备方法：包括如下步骤：

步骤1，用清洁剂、蒸馏水、无水乙醇依次超声清洗氧化铟锡玻璃，清洗干净后，用紫外臭氧清洗机对氧化铟锡玻璃进行表面处理；

步骤2，将二氧化锡水溶液原液和蒸馏水混合混匀，将二氧化锡水溶液原液与蒸馏水的混合液旋涂于氧化铟锡玻璃基底上，退火，在氧化铟锡玻璃基底上形成二氧化锡电子传输层；

步骤3，在手套箱中配制碘化铅溶液，加热搅拌直至完全溶解，并对溶液进行热过滤；

步骤4，向碘化铅溶液中加入二苯基硫卡巴腙添加剂，将含有二苯基硫卡巴腙的碘化铅溶液旋涂在二氧化锡电子传输层表面，退火，在二氧化锡电子传输层表面形成碘化铅薄膜；