[发明专利]一种制备太阳能电池吸光层材料碘铅甲脒的方法

说明书

本发明公开了一种制备太阳能电池吸光层材料碘铅甲脒的方法，其制备方法具体是（1）配置含FAPbI₃碘铅甲脒钙钛矿材料中间相FA₂Pb₃I₈(DMSO)₂的前驱液：将PbI₂、FAI、DMSO原料按中间相化学剂量比配比，然后溶解在溶剂DMF中，搅拌均匀，获得澄清透明的前驱液；（2）将前驱液旋涂在玻璃基底上，静置形成中间相薄膜，然后在其表面旋涂FAI的异丙醇溶液；（3）最后将薄膜在100~150^oC温度条件下退火处理，得到FAPbI₃薄膜。本发明通过形成结构致密且平整的FA₂Pb₃I₈(DMSO)₂中间相薄膜，然后采用FAI与DMSO进行分子交换反应，从而可以获得高质量的FAPbI₃薄膜。

本发明属于太阳能电池领域，更具体地，涉及一种制备碘铅甲脒（FAPbI₃）薄膜并应用于太阳能电池吸光层的工艺方法。

背景技术

太阳能作为一种可再生的清洁能源，得到了开发和利用。有机无机杂化的钙钛矿材料为直接带隙半导体，具有光吸收能力强、载流子迁移率高、带隙可调、双极载流子传导、可溶液加工等特点，是制备太阳能电池的理想材料。短短几年间，钙钛矿太阳能电池的性能飞速发展，掀起了世界各国研究人员的研究热潮，实验室公证效率已突破25.2%，超过了在光伏领域中领跑多年的多晶硅太阳能电池的最高光电转换效率。

MAPbI₃（Eg = 1.5 eV，吸收截止边为800 nm）是被研究得最为广泛的钙钛矿材料。为了更进一步提升器件性能，研究者把更多的关注投向了碘铅甲脒（FAPbI₃）。相比于MAPbI₃，FAPbI₃拥有1.48 eV 的带隙，更接近于单节太阳能光伏器件的理想值（1.33 eV），相应地，它的吸收截止边拓宽到了840~850 nm（也有文献报道到870 nm），具有更强的光吸收性能，提供更高的光电流。另一方面，MAPbI₃在器件工作温度下（55 ^oC）存在可逆的由四方相向立方相的转变，这种结构的转变可能对器件的光照、温度稳定性都造成负面影响，而FAPbI₃显示了比MAPbI₃优异的热稳定性。碘铅甲脒（FAPbI₃）钙钛矿存在着黑色相和黄色相的相转变，黑色相为理想的光电材料，却不易被获得，通常需要引入添加剂促进FAPbI₃黑色相的生成。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种制备太阳能电池吸光层材料碘铅甲脒的方法，其中本发明通过首先形成结构致密且平整的FA₂Pb₃I₈(DMSO)₂中间相薄膜，然后采用FAI与DMSO进行分子交换反应，从而获得高质量的黑色相FAPbI₃薄膜。与现有技术相比能有效解决常规一步法旋涂难以获得致密FAPbI₃薄膜的问题，同时不需要使用反溶剂处理或引入添加剂，所制备的薄膜为纯黑色相FAPbI₃。采用该碘铅甲脒薄膜作为吸光层的钙钛矿太阳能电池器件，光电转换效率可超过22%。本发明工艺简单、成本低廉、可有效地获得高质量黑色相FAPbI₃薄膜，并应用于高性能钙钛矿太阳能电池的制备。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种制备太阳能电池吸光层材料碘铅甲脒的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）配置含FAPbI₃碘铅甲脒钙钛矿材料中间相的前驱液；

（2）将前驱液旋涂在玻璃基底上，并静置获得的中间相薄膜；

（3）在中间相薄膜表面旋涂FAI的异丙醇溶液；