[发明专利]一种钙钛矿前驱体溶液及其制备方法与应用

说明书

本发明提供一种钙钛矿前驱体溶液的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：(1)混合FAPbI₃粉末与极性溶剂，得到中间前驱体溶液；(2)混合MAPbBr₃单晶与步骤(1)所得中间前驱体溶液，得到钙钛矿前驱体溶液。本发明采用稳定性好且廉价易得的FAPbI₃粉末与MAPbBr₃单晶制备钙钛矿前驱体溶液，简化了制备流程，避免了原料的不稳定和前驱体老化现象，提升了成膜可重复性与器件效率。

技术领域

本发明属于钙钛矿太阳能电池技术领域，涉及一种钙钛矿前驱体溶液，尤其涉及一种钙钛矿前驱体溶液及其制备方法与应用。

背景技术

钙钛矿太阳能电池是目前光电转化效率发展最为快速的新一代太阳能电池，相较于商业化的晶硅太阳能电池，其具有原材料廉价、可溶液加工、可大规模制备的优势，因此具有广阔的市场前景。

钙钛矿太阳能电池主要由作为吸光层的钙钛矿层、夹着钙钛矿层的电子/空穴传输层和最外层的阴/阳电极组成，各层可通过溶液法加工成薄膜。钙钛矿层是具有ABX₃晶体结构的钙钛矿材料，A位主要由铯(Cs)离子、甲胺(MA)离子或甲脒(FA)离子取代，B位主要是铅(Pb)离子，X位为卤素离子，包括碘(I)离子、溴(Br)离子或氯(Cl)离子。目前，高效率的钙钛矿太阳能电池主要以FAPbI₃为主要成分，但室温下FAPbI₃容易转变为非钙钛矿的黄色相。为了加工得到具有强吸光能力的黑色相FAPbI₃，往往需要在前驱体溶液中掺杂一些MAPbBr₃。这种(FAPbI₃)_x(MAPbBr₃)_1-x(x为摩尔比)混合组分的前驱体主要由碘甲脒(FAI)、碘化铅(PbI₂)、溴甲胺(MABr)和溴化铅(PbBr₂)商业化产品混合得到。然而商业化的四组分原材料容易潮解，不能长时间在空气中保存；并且四组分混合得到的前驱体溶液往往受人为称量影响，化学计量比不准确，降低了钙钛矿薄膜的结晶性，容易析出杂质；此外，前驱体溶液受时间老化影响比较大，薄膜质量不可控，可重复性差，不利于商业化。

CN 111987218A公开了一种室温下制备的高效稳定钙钛矿薄膜、太阳能电池及其制备方法，通过将甲脒氢碘酸盐、碘化铅、甲胺氢溴酸盐、溴化铅和硫氰酸盐溶于混合溶剂，得到钙钛矿前驱体溶液，并将所述钙钛矿前驱体溶液在衬底上进行旋涂，制成了黑色相的α-FAPbI₃钙钛矿薄膜。在高速旋涂过程中滴加反溶剂，形成了具有硫氰酸离子的中间相，由于硫氰酸根离子的不稳定性，不需要进行加热退火处理，中间相能够轻易被破坏，在室温条件下直接形成α-FAPbI₃钙钛矿结构，有效降低了钙钛矿材料的制备能耗，有利于采用α-FAPbI₃钙钛矿材料生产制备高效柔性钙钛矿太阳能电池，提高了太阳能电池的稳定性。然而所述发明使用的甲脒氢碘酸盐、碘化铅、甲胺氢溴酸盐、溴化铅和硫氰酸盐容易潮解，且对称量精度要求很高，成膜可重复性较差。

CN 106033796A公开了一种钙钛矿薄膜电池及其吸收层和吸收层制备方法，所述吸收层制备方法包括如下步骤：(1)制备钙钛矿前驱体溶液；(2)选取能够均匀分散在钙钛矿电池前驱体溶液中的碱金属盐作为添加剂；(3)将添加剂加入到钙钛矿前驱体溶液中得到混合物，再将混合物通过成膜方法制备得到吸收层。所述发明通过一步法直接制备钙钛矿吸收层，并且添加剂也是一步法加入到钙钛矿前驱体溶液中，操作简单，方便实现均相掺杂。然而所述发明引入了新的材料，提升了加工成本。