[发明专利]一种新型非铅基钙钛矿薄膜的制备方法及其应用

说明书

本发明提供了一种新型非铅基钙钛矿太阳能电池器件的制备方法，属于太阳能电池领域。本发明采用分步气相沉积的方式制备了无毒的钙钛矿太阳能薄膜吸收层，选用光敏性较弱的AgCl材料制备钙钛矿薄膜，最终首次成功制备了Ag₂BiI₃Cl₂新型钙钛矿薄膜吸收层，有效解决了现有溶液法制备双钙钛矿太阳能电池吸收层薄膜质量过低的问题，将本发明制备的Ag₂BiI₃Cl₂新型钙钛矿薄膜应用在太阳能电池器件中，获得最佳0.76％的光电转换效率。同时整体制备过程符合环境友好的发展理念，有利于钙钛矿太阳能电池的产业化发展。

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种新型非铅基钙钛矿薄膜的制备方法及其应用。

背景技术

太阳能电池是一种利用光伏效应将光能转化为电能的器件。1839年法国实验物理学家Becquerel首次在溶液中发现了光伏效应，而后光伏效应理论得到了深远的发展。近年来，随着人们对新能源领域的不断开发，太阳能电池的种类也得到了进一步拓展。金属卤化物钙钛矿2009年首次应用于太阳能电池，发展迅速，逐步成为了光伏领域的热点。

传统金属卤化物钙钛矿太阳能电池多以ABX₃型钙钛矿作为吸光层材料。其中A位为甲胺离子(MA⁺)、甲脒离子(FA⁺)、铯离子(Cs⁺)等一价大半径阳离子，B位主要为铅离子(Pb²⁺)、锡离子(Sn²⁺)无机金属骨架，X位为卤素阴离子(I^-，Br^-和Cl^-)。然而在钙钛矿薄膜组分中，Pb元素属于重金属元素，有毒性，对环境及人体都是有害的，这与目前社会遵循的绿色发展的主基调相悖。故为了进一步发展钙钛矿器件，非铅基钙钛矿被认为是一种可以良好解决环境问题的候选材料。

目前制备新型非铅基钙钛矿器件方法包括溶液旋涂法和蒸镀沉积法。在溶液法制备方面，如B.Ghosh等人(B.Ghosh,et al.,Superior Performance of Silver BismuthIodide Photovoltaics Fabricated via Dynamic Hot-Casting Method under AmbientConditions.Advanced Energy Materials,2018.8(33).)研究到：通过使用溶液旋涂法制备Ag₂BiI₅新钙钛矿材料并成功制备出有光电响应的钙钛矿器件；这极大的推动了无毒环境友好的钙钛矿电池器件的发展。然而目前对于新型钙钛矿电池器件的研究仍存在一些问题，如：(1)目前使用溶液法制备钙钛矿薄膜得到的薄膜质量差；(2)目前使用制备新型钙钛矿的材料碘化银(AgI)遇光易分解，因此这对实验制备条件要求及为严苛。在蒸镀法沉积制备方面，如M.Chen等人(M.Chen,et al.,Highly stable and efficient all-inorganiclead-free perovskite solar cells with native-oxide passivation.NatureCommunication,2019.10(1):16.)研究到：通过使用蒸镀法蒸镀CsSn_0.5Ge_0.5I₃粉末制备CsSn_0.5Ge_0.5I₃薄膜，并成功制备出具有光伏响应和良好稳定性的电池器件。但通过此方法制备需要首先合成出该物质，这导致该器件的制备工艺复杂，不宜推广。

因此，如何通过简单工艺实现高质量的非铅基钙钛矿薄膜以及钙钛矿光电器件的制备就成为了研究重点。

发明内容