[发明专利]一种优化无铅钙钛矿太阳能电池薄膜的方法

说明书

本发明公开一种优化无铅钙钛矿太阳能电池薄膜的方法，在制备有源层的时，先将钙钛矿前驱体溶液旋涂到空穴传输层上，旋涂时间为50 s，在旋涂12 s时滴涂掺杂手性扁桃酸的乙醚溶液，之后再进行退火处理以得到有源层；扁桃酸中羟基酸分子中的氧离子存在孤对电子，能与金属离子形成配位键，减缓控制钙钛矿结晶过程，同时由于扁桃酸是一种还原剂，可以抑制二价锡的氧化，进而可提高钙钛矿薄膜的结晶度，两相结合可显著改善薄膜质量，提高锡基钙钛矿太阳能电池的功率转换效率；手性材料扁桃酸本身具有的圆偏振光发光会增强钙钛矿薄膜的吸收，进而有效提升器件功率转换效率；且扁桃酸主要从植物中提取而来，来源广泛，使用安全。

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种优化无铅钙钛矿太阳能电池薄膜的方法。

背景技术

伴随着科技的飞速发展，全球化石能源总量日益减少，寻找可代替传统能源的绿色无污染的新能源极有必要。太阳能以其便于获取，存量丰富且洁净无污染的优势成为人们关注的热点，而太阳能电池是利用太阳能的一个十分重要的途径。其中，硅基太阳能电池是目前发展最迅速、应用最广泛的一类电池材料，但是，由于制备过程中必须使用昂贵的高纯硅，其所带来的成本高、能耗高的问题严重制约了硅基太阳能电池的广泛应用。

Pb基钙钛矿的光学和电学性质对太阳电池来说几乎是完美的。然而，铅基钙钛矿型太阳能电池也存在两大问题：稳定性差和毒性高。因此寻求一种无毒且稳定性高的非铅钙钛矿电池十分重要。

在非铅钙钛矿太阳能电池中，锡基钙钛矿太阳能电池以其高吸收系数、小激子结合能和高电荷载流子迁移率等优异的光学和电学性能成为各种无铅钙钛矿中最有前途的材料。但是在锡基钙钛矿太阳能电池中，由于Sn空位形成能很低，所以Sn²⁺非常容易氧化成Sn⁴⁺，且钙钛矿前驱体之一的碘化亚锡（SnI₂）与有机胺盐之间反应速率过快，这使得钙钛矿的结晶速率非常快，以至于很难得到均匀致密的晶体薄膜，这严重阻碍了太阳能电池的效率和稳定性的提高。

中国专利CN 111952455 A公开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，其是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，薄膜表面平整性提升，所制备的太阳能电池的光电转化效率和器件稳定性都有所提高，但是该方案无法阻止Sn²⁺的氧化，且前驱液的配制较为繁琐，所用离子液体型有机大体积胺分子盐丁胺乙酸盐来源窄，使用安全性也有待提高，影响整体制备效率，不利于大规模的生产应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种优化无铅钙钛矿太阳能电池薄膜的方法，具体是以扁桃酸作添加剂，乙醚作反溶剂，以PEDOT:PSS做空穴传输层，C₆₀为电子传输层设计了一种锡基钙钛矿太阳能电池，改善了薄膜形貌，提高了钙钛矿薄膜的结晶度并且取得了良好的功率转换效率和稳定性。

本发明的技术方案为：一种优化无铅钙钛矿太阳能电池薄膜的方法，在制备有源层的时，先将钙钛矿前驱体溶液旋涂到空穴传输层上，旋涂时间为50 s，在旋涂12 s时滴涂掺杂手性扁桃酸的乙醚溶液，之后再进行退火处理以得到有源层；前驱体溶液为碘化锡（SnI₂）、甲酰胺（FAI）、甲基胺（MAI）及氟化锡（SnF₂）溶于N，N-二甲基甲酰胺（DMF）和二甲亚砜（DMSO）的混合溶剂中后形成的。

进一步地，乙醚溶液中手性扁桃酸的浓度为0.01-0.05 mg/mL。

进一步地，碘化锡、甲酰胺、甲基胺和氟化锡的摩尔比为1：0.75:0.25:0.1。

进一步地，旋涂过程是在充满N₂的手套箱中进行的，旋涂转速为3500-5000 rpm。