[发明专利]一种热稳定的无机钙钛矿薄膜及其制备方法

说明书

本发明提供了一种热稳定的无机钙钛矿薄膜及其制备方法。所述无机钙钛矿薄膜是无机钙钛矿经过α→δ→α的连续相转变，均匀致密地覆盖在基底表面，所述无机钙钛矿化学式表达为ABX₃，其中，A选自Cs⁺，Rb⁺等中的一种或两种的组合，优选为Cs⁺；B选自Pb²⁺，Sn²⁺等中的一种或两种的组合，优选为Pb²⁺；X选自Cl^‑，Br^‑，I^‑中的一种或两种以上的组合，优选为Br^‑和I^‑的混合物。本发明的无机钙钛矿薄膜具有优异的热稳定性，在280℃下不会发生分解，从根本上解决了有机无机杂化钙钛矿薄膜的热不稳定性问题；此外，基于所制备的无机钙钛矿薄膜的太阳能电池实现了卓越的光电转换性能，具有非常高的开路电压，为半透明电池以及叠层电池的发展提供重要的指导作用。

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种热稳定的无机钙钛矿薄膜及其制备方法。

背景技术

随着社会发展和科技的进步，全球电力消耗·急剧增加，由化石燃料燃烧引起的环境污染问题日益严重。太阳能作为一种可再生的清洁能源，且储量丰富，制备和应用基于光伏效应的太阳能电池是解决能源危机和环境污染问题的有效方法。作为第三代太阳能电池，钙钛矿太阳能电池是目前最具潜力的光伏发电技术之一。经过短时间的飞速发展，钙钛矿太阳能电池的光电转换效率就由最初2009年的3.8％提升至目前在NREL认证的25.5％。该效率完全可与传统商业化的硅电池的效率相媲美。然而，要想将钙钛矿太阳能电池完全进行产业化，急需突破一些关键性问题，其中最大的挑战是电池的稳定性。

大量研究表明，有机无机杂化钙钛矿材料在高温、氧气和湿度条件下，体系中的有机阳离子组分会发生严重的分解，导致钙钛矿光活性层失效，从而降低器件的性能和稳定性。鉴于有机阳离子的主要作用在于稳定钙钛矿结构和改变晶格参数，对钙钛矿材料的能带结构无决定性作用；以及无机钙钛矿材料中Cs-I离子键的强度远大于有机无机杂化钙钛矿材料中的H-I键。因此，用Cs⁺完全取代有机阳离子，形成的无机钙钛矿材料有望解决钙钛矿太阳能电池的稳定性问题。为了使无机钙钛矿太阳能电池有一定的市场竞争性，提供一种简单、低成本的无机钙钛矿薄膜制备技术，并高效、稳定地用于钙钛矿太阳能电池具有十分重要的意义。

发明内容

为了克服现有技术中的无机钙钛矿薄膜制备复杂，成本高昂，性能不能满足商业电池需求，特别是稳定性不足的缺陷，本发明的目的是提供一种热稳定的无机钙钛矿薄膜及其制备方法，以及一种使用所述无机钙钛矿薄膜的电池器件。本发明利用连续相转换工艺制备高质量无机钙钛矿薄膜，从而有效提高太阳能电池的光电性能，整个过程操作方便，重复性高。本发明制备得到的无机钙钛矿薄膜质量高，晶格拉伸应变小，晶体缺陷少，晶粒尺寸大小5±1μm，致密均匀的覆盖在基地表面。

本发明的第一个目的是提供一种热稳定的无机钙钛矿薄膜，是无机钙钛矿经过α→δ→α的连续相转变，均匀致密地覆盖在基底表面，所述无机钙钛矿化学式表达为ABX₃，其中，A选自Cs⁺，Rb⁺等中的一种或两种的组合，优选为Cs⁺；B选自Pb²⁺，Sn²⁺等中的一种或两种的组合，优选为Pb²⁺；X选自Cl^-，Br^-，I^-中的一种或两种以上的组合，优选为Br^-和I^-的混合物。