[发明专利]一种离子液体型有机大体积胺分子盐制备低维锡基钙钛矿薄膜及其太阳能电池和应用

说明书

本发明涉及一种离子液体型有机大体积胺分子盐丁胺乙酸盐制备低维锡基钙钛矿薄膜及其太阳能电池和应用，属于光电材料与器件领域。该发明利用特殊的离子液体型有机大体积胺分子盐丁胺乙酸盐配制低维锡基钙钛矿的前驱液，并利用反溶剂法在沉积有空穴传输材料的ITO透明导电玻璃上制备得到低维锡基钙钛矿薄膜，经过退火处理后，薄膜表面平整致密，缺陷态密度低，晶体取向垂直于基板。所制备的低维锡基钙钛矿太阳能电池具有优异的光电转化效率和出色的器件稳定性。

技术领域

本发明涉及一种低维锡基钙钛矿薄膜及其低维锡基钙钛矿太阳能电池的制备方法，尤其是一种可制备出平整致密，缺陷态密度低，晶体取向垂直于基底的低维锡基钙钛矿薄膜及其高光电转化效率且稳定的低维锡基钙钛矿太阳能电池器件的简单方法，属于光电材料与器件技术领域。

背景技术

随着社会的进步与发展，人类社会面对的环境问题也日益严峻。因此，寻找替代传统化石能源的研究被广泛开展。太阳能作为一种取之不尽、用之不竭的清洁能源被认为是一种能够逐步取代化石能源的清洁能源之一。太阳能电池作为利用太阳能的主要途径之一，备受关注。目前被广泛商业化的太阳能电池为单晶硅和多晶硅太阳能电池。而晶硅太阳电池的生产和加工过程中涉及到的能源消耗大，因此，在目前可持续发展的理念下，难有进一步的发展。

有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池从2009年问世以来，在短短的数年时间里，光电转化效率就从3.8％提升到了25.2％。虽然有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池的光电转化效率得到了迅速地发展，但是在其商业化应用的进程上还面临着诸多问题。首先，铅基钙钛矿太阳能电池中含有毒性较大的铅元素，因此需要寻求一种低毒性的元素取代铅元素的使用。此外，目前钙钛矿太阳能电池相比于传统晶硅太阳能电池，其稳定性方面仍有很大的提升空间。

锡基钙钛矿材料由于其具有较低的毒性以及低激子结合能和窄的光学带隙，被认为是最具潜力的铅基钙钛矿的替代者。但由于锡基钙钛矿体系中的二价锡在热力学上处于不稳定状态，极易被氧化成四价锡，导致了最终器件的稳定性和重复性较差。为此，通过在锡基钙钛矿体系内引入有机大体积胺分子盐，可以制备出具有良好的耐辐照、耐高温和耐湿的低维锡基钙钛矿。然而，截至目前，在低维锡基钙钛矿的体系中所引入的有机大体积胺分子盐均为卤素盐，这些基于卤素的传统有机大体积胺分子盐缺乏与锡基钙钛矿骨架之间的强相互作用，从而不能有效地调控低维锡基钙钛矿的结晶过程，导致最终低维锡基钙钛矿薄膜形貌差，相应的低维锡基钙钛矿太阳能电池的器件性能低。

发明内容

本发明解决的技术问题是：针对低维锡基钙钛矿中引入的传统卤素有机大体积胺分子盐与锡基钙钛矿骨架之间的相互作用较弱，导致薄膜结晶过程过快，薄膜质量不高，提出引入离子液体型有机大体积胺分子盐丁胺乙酸盐以显著加强其与锡基钙钛矿骨架之间相互作用，从而有效调控低维锡基钙钛矿结晶过程，制备表面平整致密、低缺陷态密度、晶体取向垂直于基底的低维锡基钙钛矿薄膜及制备的低维锡基钙钛矿太阳能电池的性能和稳定性都得到了显著地提升。

为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案是：一种离子液体型有机大体积胺分子盐丁胺乙酸盐制备低维锡基钙钛矿薄膜及其低维锡基钙钛矿太阳能电池，包括以下步骤：

(1)将特殊的离子液体型有机大体积胺分子盐，甲脒氢碘酸盐，碘化亚锡以及氟化亚锡按摩尔比2:3:4:0.6溶于N,N-二甲基甲酰胺和二甲基亚枫的混合溶剂中(体积比为4:1)，并添加碘化胍作为添加剂,配制成低维锡基钙钛矿前驱液一，在30-120℃下搅拌1-4小时；将苯乙胺盐酸盐，甲脒氢碘酸盐，碘化亚锡以及氟化亚锡按摩尔比2:3:4:0.6溶于N,N-二甲基甲酰胺和二甲基亚枫的混合溶剂中(体积比为4:1)，并添加碘化胍作为添加剂,配制成低维锡基钙钛矿前驱液二，在30-120℃下搅拌1-4小时；将低维锡基钙钛矿前驱液一和低维锡基钙钛矿前驱液二以一定的摩尔比混合，在30-120℃下搅拌1-4小时；

(2)在清洗并且处理过的ITO透明导电玻璃上旋涂沉积空穴传输材料；