[发明专利]一种钙钛矿晶体薄膜以及钙钛矿太阳能电池的制备方法

说明书

本发明涉及一种钙钛矿晶体薄膜的制备方法，包括步骤：配制含碳酸氢铵的金属卤化物溶液；在基底表面涂布或沉积步骤1制备的含碳酸氢铵的金属卤化物溶液，得到金属卤化物薄膜；将含氮卤化物扩散进入金属卤化物薄膜，反应得到钙钛矿晶体薄膜层。本发明还公开一种使用该方法进行钙钛矿太阳能电池的制备方法。本发明通过适量碳酸氢铵添加剂的引入，促进了两步法制备钙钛矿薄膜的过程中，钙钛矿组分的充分扩散、反应，易于大面积制备均匀且厚的钙钛矿晶体薄膜。

技术领域

本发明涉及一种钙钛矿晶体薄膜以及钙钛矿太阳能电池的制备方法。

背景技术

钙钛矿光吸收材料是一类具有ABX₃结构的化合物，一般地，A位主要是一价的金属离子，包括Li⁺、Na⁺、K⁺、Rb⁺、Cs⁺等，以及一些含氮的有机阳离子，比如甲胺阳离子、二甲胺阳离子、乙胺阳离子、正丁胺阳离子、苯甲胺阳离子、甲脒阳离子、胍阳离子。B位主要二价的铅离子和锡离子。X位主要是卤素阴离子和硫氰酸根阴离子，以及醋酸根阴离子。这些离子组成具有钙钛矿晶体结构的材料具有良好的光电性能，非常适合应用在光伏、发光和光电探测等多个领域。

采用溶液两步法的方式制备钙钛矿薄膜具有成本低，易于大面积生长的特点。在两步法中，先在基底上沉积一层金属卤化物薄膜，然后将含氮卤化物扩散进入金属卤化物膜层，加热反应制得钙钛矿薄膜。这种方法有一个明显的局限，即金属卤化物薄膜不能太厚，否则，含氮卤化物难以充分扩散进入反应，导致薄膜中出现大量的缺陷，从而器件性能低下。研究表明，在钙钛矿晶体的生长过程中，引入少量的溶剂气体，可以有效的促进含氮卤化物的扩散，调节晶体的生长，获得缺陷少、晶粒大，膜层更厚的钙钛矿晶体。而采用溶剂辅助晶体生长的方法仍然存在不足，溶剂气体由表及里的作用过程中，表面或晶界的钙钛矿材料经受了大量的溶剂侵袭，会导致缺陷增多。而受限于气体缓慢的的扩散过程，特别是对于厚的钙钛矿前驱体膜层，内部的钙钛矿并不能充分的与溶剂作用。因此，如何充分且均匀的制备厚的钙钛矿晶体膜层是亟待改善的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种钙钛矿晶体薄膜以及钙钛矿太阳能电池的制备方法，解决了常规使用两步法制备钙钛矿薄膜的过程中，因钙钛矿组分的扩散过程受限，难以制得大面积、均匀且厚的钙钛矿晶体薄膜，工艺重复性不佳等问题，易于制得厚的、结晶质量高的钙钛矿薄膜。

本发明是这样实现的，提供一种钙钛矿晶体薄膜的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：配制含碳酸氢铵的金属卤化物溶液；

步骤2：在基底表面涂布或沉积步骤1制备的含碳酸氢铵的金属卤化物溶液，得到金属卤化物薄膜；

步骤3：将含氮卤化物扩散进入金属卤化物薄膜，反应得到钙钛矿晶体薄膜层。

本发明将适量的碳酸氢铵加入到钙钛矿的前驱体薄膜中，当退火时，碳酸氢铵逐渐分解出氨气和水，它们与钙钛矿前驱体材料短暂结合，促进钙钛矿组分的相互作用和扩散，使钙钛矿晶体的生长过程充分且均匀。因此，通过碳酸氢铵的加入，可以实现自溶剂退火。相比外源溶剂气体的引入，自溶剂退火具有明显的优势，可以诱导钙钛矿晶体自基底均匀、致密的生长，从而易于制得厚的、结晶质量高的钙钛矿薄膜。

本发明是这样实现的，提供一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，在所述钙钛矿太阳能电池中含有钙钛矿薄膜层，所述钙钛矿薄膜层采用如前所述的钙钛矿晶体薄膜的制备方法制备。

与现有技术相比，本发明的一种钙钛矿晶体薄膜以及钙钛矿太阳能电池的制备方法，通过适量碳酸氢铵添加剂的引入，促进了两步法制备钙钛矿薄膜的过程中，钙钛矿组分的充分扩散、反应，易于大面积制备均匀且厚的钙钛矿晶体薄膜。

附图说明

图1为本发明的三种实施例制备的钙钛矿太阳能电池的电流-电压曲线性能示意图。

具体实施方式