[发明专利]高性能有机无机杂化钙钛矿光电材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种高性能有机无机杂化钙钛矿光电材料的制备方法，该方法，包括以下步骤：将有机无机杂化钙钛矿前驱体薄膜置于密闭容器内后，向所述密闭容器内加入沸点不低于100℃的弱极性溶液，然后，充入气体，使所述密闭容器内压力升至设定压力值，随后，加热，使所述密闭容器升温至设定温度，保温一段时间后，冷却，得到高性能有机无机杂化钙钛矿光电材料。本发明利用高温高压辅助制备的有机无机杂化钙钛矿光电材料，其相比于一步常压退火不仅有着明显的光电转换效率的提升，还有着相当大的钙钛矿晶粒，使其产生的晶界更少，这对抵御环境的侵蚀有很大的提升，进而使其稳定性有着前所未有的提高。

技术领域

本发明涉及钙钛矿薄膜太阳能电池技术领域，特别涉及一种高性能有机无机杂化钙钛矿光电材料及其制备方法和应用。

背景技术

自工业革命以来，人类消耗的能源与日俱增。长期以来，化石能源是人类最主要的能量来源。然而，由于化石能源是不可再生能源，人类终将面临化石能源枯竭的问题。因此，开发可再生的新能源，实现可持续发展显得至关重要。

自20世纪六、七十年代以来，水能、生物质能、风能和太阳能等新能源相继被开发利用。对于地球而言，太阳光能是储量最大的可再生能源。据统计，地球表面每年接收到的太阳辐射能量约为8.85亿兆瓦时(TW*h),远超过全球其它能源消耗的总和。可见，太阳能是无比庞大的能量源。此外，太阳能还具有洁净无污染，广泛普遍等优点，这使得太阳能的开发倍受关注。

太阳能的开发利用方式多种多样，其中光伏应用对太阳能的利用率最高。1954年，贝尔实验室的DarrylChapin等人发明了硅太阳能电池，用以卫星供能，首次实现了光伏的实际应用。此后，硅太阳能电池技术逐渐成熟，在航天、军事以及供电等领域得到良好的发展。然而，由于生产工艺苛刻复杂，单晶硅成本昂贵，使得硅太阳电池发电的成本难以与传统电力竞争。因此，很多科学家致力于研发较为廉价的太阳能电池来替代硅太阳电池。

自2009年来，有机无机杂化钙钛矿材料以较高的光吸收系数，优异的载流子分离，良好的载流子传输能力、较低的成本以及可湿法制备等优势在太阳能电池领域引起广泛的关注。目前，基于钙钛矿型材料的电池效率从2009年3.8％增长到了2019年的25.2％，使其成为光伏领域最重要的研究热点之一。钙钛矿材料中最经典的是MAPbI₃。尽管MAPbI₃的钙钛矿太阳能电池已经获得了高于20％的效率，但是大量的报道已经证明了它的化学稳定性和结构稳定性不够理想。解决钙钛矿太阳能电池的稳定性问题是决定其能是否实现实际应用的关键性问题，MAPbI₃的不稳定性对钙钛矿太阳能电池的实际应用是一个巨大的挑战。与MAPbI₃一样，FAPbI₃也是一种常见的有机无机杂化钙钛矿材料，用更大的有机FA阳离子取代MA阳离子可以形成更对称的晶体结构，因为其避免了MA分子的影响，从而获得了优良的热力学稳定性。此外，FAPbI₃有着比MAPbI₃更宽的吸收，这使得FAPbI₃具备更好的应用潜力。

目前，所报道的高效率钙钛矿太阳能电池的制备工艺大多都为旋涂钙钛矿层后，将钙钛矿层置于热台上进行一步退火处理，而对钙钛矿层的后退火处理方式甚至是后压力处理并没有深入的探讨和研究。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种高性能有机无机杂化钙钛矿光电材料的制备方法，以解决现有钙钛矿光电材料的热力学稳定性有待进一步提高的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种高性能有机无机杂化钙钛矿光电材料的制备方法，包括以下步骤：