[发明专利]一种溴化钾掺杂的钙钛矿薄膜的制备方法及其应用

说明书

本发明提供一种溴化钾掺杂有机无机钙钛矿薄膜的制备方法及其应用，属于钙钛矿太阳能电池技术领域。本发明采用两步旋涂法制备钙钛矿薄膜，通过在旋涂前驱液中进行溴化钾的掺杂，从而提升薄膜的质量，进而提升钙钛矿器件的光电转化效率。本发明方法制备的钙钛矿太阳能电池其光电转换效率可达21.2％。

技术领域

本发明属于钙钛矿太阳能电池技术领域，具体涉及一种溴化钾掺杂有机无机钙钛矿薄膜的制备方法及其应用。

背景技术

目前，随着环境问题的加剧以及传统化石能源的急剧消耗，新能源领域受到了广泛的关注，如风力发电、水力发电和光伏发电已经逐渐成为电力行业的新星。其中，光伏发电发展迅速，以晶硅太阳能电池为代表的光伏发电产业已在市场占据了一定的份额，然而其制备工艺复杂、成本高昂，因此目前在电价成本方面还无法与目前市场主流的火力发电相媲美。随之发展起来的钙钛矿材料不但成本低，还具有能量带隙可调，高吸光系数及长载流子寿命等特点。经过短短十多年的发展，基于钙钛矿材料制备的钙钛矿太阳能电池器件的光电转化效率已经从3.8％提升到25.5％。

目前，钙钛矿太阳能电池领域的发展，研究人员主要聚焦于制备高质量薄膜的钙钛矿器件的研究。经过研究人员多年探究发现，添加剂对钙钛矿光伏性能影响显著。通过研究表明目前常用有效的添加剂类型主要包括盐类、小分子物质、聚合物以及一些纳米类物质。Liu,S等人(Liu,S.,et al.,A Review on Additives for Halide Perovskite SolarCells.Advanced Energy Materials,2020.10(13):p.28)研究到：盐类物质的掺杂对钙钛矿器件光伏效率影响显著，常用的盐类物质主要是碱金属盐类物质，如钠盐、铷盐、锂盐及钾盐。而研究最多的主要是碱金属钾盐，尤其是碱金属碘化钾(KI)的掺杂，通过研究表明碱金属钾盐对钙钛矿薄膜形貌、结晶性、缺陷均有显著作用，最终改善钙钛矿器件光伏效率。然而目前关于KI的掺杂带来器件光电转化效率的提升仍旧有限。

因此，如何提供一种新的掺杂物质实现钙钛矿薄膜的高质量制备以及器件的光电效率的提升就成为了研究重点。

发明内容

针对背景技术所存在的问题，本发明的目的在于提供一种溴化钾掺杂的钙钛矿薄膜的制备方法及其应用。本发明采用旋涂法制备钙钛矿薄膜，通过在旋涂前驱液中进行溴化钾的掺杂，从而提升薄膜的质量，进而提升钙钛矿器件的光电转化效率。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种溴化钾掺杂的钙钛矿薄膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤1.将碘化铅和溴化钾溶解于溶剂A中，混合均匀，并置于加热台上进行加热溶解，配制得到溶液A，其中，碘化铅和溴化钾摩尔量比例范围为(18.57～18.82):1，溴化钾在溶液A中的浓度为8.33-13.09mg/mL；

步骤2.将甲脒碘(FAI)和溴化甲胺(MABr)溶解于溶剂B中，混合搅拌均匀，配制得到溶液B，其中，FAI和MABr的摩尔量比例为(5.2～5.87):1，溴化甲胺在溶液B中的浓度为5-10mg/mL；

步骤3.将步骤1得到的溶液A进行过滤处理，再旋涂至基底表面，然后继续将步骤2得到的溶液B过滤，再旋涂至基底表面，制备均匀薄膜；

步骤4.将步骤3制备的均匀薄膜在氮气氛围内进行退火处理，退火温度为130℃～150℃，退火时间为15min～20min，即可得到所需的溴化钾掺杂的钙钛矿薄膜。

进一步地，溶剂A为N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和二甲基亚砜(DMSO)的混合溶液，DMF和DMSO的体积比为4:1。

进一步地，步骤1中加热温度为60～70℃，加热时间为5～12h。

进一步地，溶剂B为异丙醇或乙醇。