[发明专利]一种微米级钙钛矿厚膜及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种微米级钙钛矿厚膜及其制备方法和应用，通过将芳香族脒作为添加剂添加到钙钛矿前驱体溶液中制备微米级钙钛矿厚膜，芳香族脒作为钙钛矿前驱体溶液中的添加剂，通过引入了额外的表面态进而增加了载流子的有效传输，提高了载流子的扩散长度，对应的也就使得本方案的微米级钙钛矿厚膜应用于光电器件时具有极高的开路电压与光电转换效率。

技术领域

本发明涉及太阳能电池领域，特别涉及一种微米级钙钛矿厚膜及其制备方法和应用。

背景技术

钙钛矿太阳能电池，是利用钙钛矿型的有机金属卤化物半导体作为吸光材料的太阳能电池，其可将太阳能的能量转换存储为可被利用的电能。具体地，钙钛矿太阳能电池在接受太阳光照射时，钙钛矿层首先吸收光子产生电子-空穴对，未复合的电子和空穴分别被电子传输层和空穴传输层收集，即电子从钙钛矿层传输到等电子传输层，最后被ITO收集，空穴从钙钛矿层传输到空穴传输层，最后被金属电极收集，进而形成电流。

目前，钙钛矿膜(层)的制备方法主要有液相法和气相法等，其中液相法指的是把钙钛矿的前驱体材料全部溶解在溶剂中，通过旋涂法、刮涂法、丝网印刷法、喷雾热解法等制备钙钛矿层。厚膜钙钛矿是提高光电器件光电转换效率的重要手段，也是与硅电池等进行叠层集成的重要保证。即便前人利用其他各种的添加剂使得钙钛矿太阳电池的性能大幅度提升，但钙钛矿薄膜厚度均在400-600纳米。例如，韩国科学家Seok2014年在《NatureMaterials》里面报道的薄膜厚度约为400纳米；利用这些方法制备的钙钛矿的膜厚难以达到1微米，即钙钛矿膜的厚度受限。另外，钙钛矿膜的厚度的增加不仅仅存在工艺上的难度，厚度的增加又会增加膜的缺陷密度，降低载流子的扩散长度，进而影响其器件的光电转换效率。换言之，制备厚膜钙钛矿的同时确保载流子的扩散不受其厚度的影响，这对于进一步提高钙钛矿太阳电池的性能有着重要作用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微米级钙钛矿厚膜及其制备方法和应用，利用芳香族脒作为添加剂制备微米级钙钛矿厚膜，微米级钙钛矿厚膜的厚度可大于1微米以上，且微米级钙钛矿厚膜内的载流子扩散性能保持良好，被应用于单结或多结太阳电池光电器件时可具有极高的开路电压与光电转换效率。

钙钛矿前驱体溶液的制备：

将AX和芳香族脒溶解于第一前驱体溶剂中，搅拌至完全溶解后得到第一前驱体溶液；将PbX₂溶解于第二前驱体溶剂中，搅拌至完全溶解后得到第二前驱体溶液。

钙钛矿膜的制备：

将钙钛矿前驱体溶液旋涂在基底上，基底选择为FTO，ITO，Si，CIGS柔性或刚性基底的一种，旋涂结束后分阶段加热得到微米级钙钛矿厚膜。

在钙钛矿前驱体溶液的制备步骤中，A位点采用混合比例的FA(甲脒离子)和MA(甲胺离子)；X为相同的I(碘)、Br(溴)、Cl(氯)或者不同的I、Br、Cl的卤素离子；第一前驱体溶液和第二前驱体溶液为相同的或不同的可溶解钙钛矿材料的溶剂，如DMF、DMSO、γ-丁内酯，IPA和CB等。

在本方案中，AX选择为FAI，MACL，FABr，MABr，FACl或者MAI,优选FAI和MACl；其中FAI和MACL的比例范围为1:1-1:4，优选1:1。

在本方案中，芳香族脒选择为苯甲脒盐酸盐，也可选择为苯乙脒盐酸盐或甲氧基苯甲脒盐酸盐。其中苯甲脒盐酸盐之外，还有苯甲脒溴酸盐和氢碘酸盐，苯乙脒盐酸盐之外，还有苯乙脒溴酸盐和氢碘酸盐。