[发明专利]操作时间窗口可控调节的钙钛矿溶液、电池、制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种操作时间窗口可控调节的钙钛矿溶液、电池、制备方法及应用，属于钙钛矿太阳能电池领域，其成分包括钙钛矿ABXsubgt;3/subgt;，乙腈溶剂和配位型溶剂，A位为甲胺离子，B位为铅离子，X位为卤素离子，配位型溶剂选自二甲基亚砜、N‑甲基吡咯烷酮、4‑叔丁基吡啶。将钙钛矿单晶或通过化学计量比配制的碘甲胺与碘化铅粉末置于甲胺气氛中，得到黄色钙钛矿前驱液，或者将钙钛矿单晶或通过化学计量比配制的碘甲胺与碘化铅粉末溶解在甲胺乙醇的溶液中，得到粘稠的黄色钙钛矿前驱液，然后，使用配位溶剂和乙腈混合均匀后，获得钙钛矿墨水。本发明还提供了钙钛矿电池、制备方法和应用。本发明的墨水能实现加工时间窗口的调节，工业适用性极强。

技术领域

本发明属于钙钛矿太阳能电池领域，更具体地，涉及一种操作时间窗口可控调节的钙钛矿溶液、电池及制备方法。

背景技术

随着世界能源日益紧缺，太阳能作为一种清洁能源，逐渐被人类所重视并开发利用。在众多太阳能电池产品种类中，钙钛矿太阳能电池因为其具有可调谐的带隙、高的吸光系数、长的载流子扩散长度等优点而脱颖而出。

有机-无机杂化太阳能电池的光电转化效率从最初的3.8％发展到现在的25.2％，然而在从实验室规模向工业化大面积电池、模组发展的进程中依然存在很多尚未得到有效解决的问题。以喷涂法为例制备钙钛矿光吸收层的过程中，往往会存在墨水滴在到达基底之前成核结晶过程已经开始，因此无法实现形成均一、平整的湿膜，进而无法得到光滑的、均匀的固体薄膜。针对这种沉积方法，需要尽可能延缓钙钛矿前驱体墨水的成核结晶过程。刮涂以及槽模涂布等方法相对于实验室规模常用的旋涂法来说，都需要将成核结晶过程不同程度的延后，又需要考虑生产实际所需的效率。如果将旋涂法所用墨水转移到规模化沉积方法来使用，则需要将前驱体墨水的组分进行相应的调整改性。

目前，实验室规模旋涂法所使用的钙钛矿前驱体墨水的主溶剂大多都选择 DMF，由于其挥发性较差，在湿膜沉积后需要使用反溶剂对其进行溶剂-溶剂萃取处理才能得到良好形貌的薄膜。乙腈作为绿色溶剂的一种，具有较高的饱和蒸汽压，可以解决沉积过程中溶剂挥发速度过慢的问题，但由于其对固态钙钛矿的溶解性不良，无法作为单独的钙钛矿主溶剂。而气态的甲胺可以将MAPbI₃单晶、以及碘甲胺(MAI)/碘化铅(PbI₂)或碘甲胺(MAI)/碘化铅(PbI₂)/氯化铅(PbCl₂)、碘甲胺(MAI)/碘化铅(PbI₂)/溴化铅(PbBr₂)的混合粉体由固态转变为粘稠的液态，乙腈可以很好的将粘稠的液体稀释成澄清的黄色钙钛矿墨水。该种墨水适用于一步旋涂法，可以获得良好形貌的钙钛矿薄膜，并且在小面积器件上实现了19.14％的光电转化效率。然而，这种墨水的成核结晶速率很快，加工时间窗口很窄，无法应用在大面积钙钛矿薄膜的沉积。

针对这种情况，需要开发出一种可以通过调节钙钛矿前驱体墨水的溶剂组分，以实现对时间窗口的不同程度的调节，进而实现在光电转化效率牺牲不大的前提下，对加工时间窗口不同程度的延长。满足这样要求的钙钛矿溶液能更加适配规模化钙钛矿薄膜的沉积，对于成核结晶速度过快导致的钙钛矿薄膜产生的裂纹也有修复作用。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种加工时间窗口可控调节的钙钛矿墨水，本发明的目的之二是提供一种钙钛矿吸收层不需要反溶剂处理的钙钛矿太阳能电池器件，该器件结构包括上述钙钛矿墨水沉积获得的功能层。本通过设计成分配比独特的钙钛矿溶液(墨水)，实现加工时间窗口的调节，从而实现多种沉积方法的普适性。

为实现上述目的，本发明提供了一种操作时间窗口可控调节的钙钛矿溶液，其成分包括如下：

钙钛矿ABX₃，A位为甲胺离子，B位为铅离子，X位为碘离子、溴离子、氯离子中的一种或几种，

乙腈溶剂，