[发明专利]一种采用多官能团配体量子点的钙钛矿薄膜及其制备和应用

说明书

本发明公开一种采用多官能团配体量子点的钙钛矿薄膜及其制备和应用，属于太阳能电池技术领域。本发明将多官能团配体量子点作为添加剂制备钙钛矿薄膜，量子点提供了成核位点，起到了预成核的作用，促进了成核过程，从而有助于快速形成尺寸均一的晶核。此外，量子点表面多官能团配体与前驱体溶液的溶剂之间存在氢键作用，可延缓钙钛矿后期晶体生长过程，因此多官能团配体量子点作为添加剂起到了加速成核、延缓生长的双重作用。最终可获得良好结晶性及择优取向生长、大晶粒尺寸、致密无针孔、低缺陷态密度的钙钛矿薄膜，有效地改善了钙钛矿薄膜的光学特性，提升相应钙钛矿太阳能电池性能，在钙钛矿太阳能电池领域具有较大的研究和应用潜力。

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，具体是提出一种采用多官能团配体量子点作为添加剂调控钙钛矿结晶过程，制备高质量钙钛矿薄膜用于太阳能电池的方法。

背景技术

太阳能光伏技术的发展是实现碳中和、解决能源和环境问题的有效途径之一。近年来钙钛矿太阳能电池发展迅速，已经成为光伏领域研究的研究热点。基于有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池的光电转换效率已经从2009年的3.8％提升到了目前的25.5％，达到了与传统晶硅太阳能电池相同的水平。众所周知，高效率的钙钛矿太阳能电池必须依赖于高质量的钙钛矿薄膜，包括具有高的表面覆盖率和结晶度、大的晶粒尺寸和低的缺陷态密度等。钙钛矿薄膜的形成主要包括成核和生长两个过程，因此对结晶过程的调控应兼顾这两个关键环节。在钙钛矿薄膜的制备过程中，采用添加剂的方法是提高薄膜质量的简单有效途径，采用的添加剂包括有机聚合物和小分子、无机盐、有机盐等。然而，这些添加剂通常难以对钙钛矿的成核和生长两个过程进行系统性综合调控。因此在钙钛矿薄膜制备中现有的添加剂技术有待进一步改进和提升。

发明内容

为了克服现有技术的缺点与不足，本发明的目的在于提供一种采用多官能团配体量子点的钙钛矿薄膜的制备方法。

本发明的另一目的在于提供通过上述制备方法制备得到的钙钛矿薄膜。

本发明的再一目的在于提供上述钙钛矿薄膜的应用。

本发明将多官能团配体量子点作为添加剂制备钙钛矿薄膜。量子点作为超小尺寸晶体可以作为钙钛矿结晶的晶核种子，有助于促进成核过程；此外，量子点表面多官能团配体有助于延缓钙钛矿薄膜的生长过程，因此多官能团配体量子点作为添加剂起到了加速成核、延缓生长的双重作用。因此最终可以获得良好结晶性及择优取向生长、大晶粒尺寸、致密无针孔、低缺陷态密度的钙钛矿薄膜，有效地改善了钙钛矿薄膜的光学特性，提升相应钙钛矿太阳能电池性能，在钙钛矿太阳能电池领域具有较大的研究和应用潜力。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种采用多官能团配体量子点的钙钛矿薄膜的制备方法，包括如下步骤：

将多官能团配体包覆的量子点添加至钙钛矿前驱体溶液中，制备钙钛矿薄膜。

量子点及其表面多官能团配体可以对钙钛矿薄膜的成核以及晶体生长过程进行调控，获得良好结晶性及择优取向生长、大晶粒尺寸、致密无针孔、低缺陷态密度的钙钛矿薄膜，提升相应器件的性能。

优选的，所述的多官能团配体为具有两个或两个以上官能团的配位体，其中一端带有巯基-SH，除此之外配体中还有一个或多个-COOH、-SH、-NH₂、-SO₃H、-OH等具有配位作用的官能团；包括但不限于巯基乙酸、巯基丙酸、巯基丁酸、巯基十一酸、巯基乙胺、乙二硫醇、半胱氨酸和巯基苯甲酸等中的至少一种。更佳的，多官能团配体为水溶性短链多官能团配体，例如巯基丙酸、巯基乙酸、巯基乙胺等。