[发明专利]一种锡基钙钛矿薄膜及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种锡基钙钛矿薄膜，其特征在于，在制备薄膜的前驱液中添加还原性络合物，所述还原性络合物的结构如下：R1‑R‑R2，其中，R是芳香环基座，由苯，萘，吡啶，噻吩，[1，3，5]三嗪，蒽，二苯胺，三苯胺中的单个或多个共轭基团以任意方式组合；R1是还原性基团，由硝基，醛基，肼基，次磷酸基，酚羟基中的单个或者多个基团以任意方式组合；R2是络合性基团，由羧基，硫醇基，磺酸基，氨基，硫脲基，酮基，亚砜羟基中的单个或者多个基团以任意方式组合。本发明利用双功能“还原性络合物”作为媒介进行双重缺陷调控，防止薄膜氧化、实现薄膜结晶过程可控、延缓太阳能电池的老化过程。

技术领域

本发明属于有机无机杂化锡基卤化物钙钛矿技术领域，涉及一种锡基钙钛矿薄膜及其制备方法和应用。

背景技术

高效、无污染、低成本一直是光伏技术领域追求的共性目标，但传统钙钛矿光伏器件由于其光吸收材料中含重金属元素铅，限制了此类钙钛矿光伏器件的商业化发展，而环境友好型的锡基钙钛矿材料有着与铅基钙钛矿材料可比拟甚至更优异的光电性能，这表明锡基卤化物钙钛矿太阳能电池比铅基钙钛矿具有更高的理论效率。但是到目前为止报道的锡基卤化物钙钛矿太阳能电池的光电转换效率仅为13.4％，仍远低于铅基钙钛矿太阳能电池，同时由于二价锡在空气中极易氧化且结晶速度快，导致锡钙钛矿卤化物太阳能电池的稳定性也不理想。

影响锡基钙钛矿光电性能的因素主要有两个:前驱液的稳定性和钙钛矿薄膜的成核结晶过程。虽然借鉴传统太阳能电池稳定性提升的方法能在一定程度上修饰锡基卤化物钙钛矿薄膜，抑制缺陷形成，然而效果非常有限，只能针对上述引起缺陷的单个过程调控等。锡基卤化物钙钛矿成膜过程影响因素较多，从前驱物开始，就已经决定了器件性能最终性能的好坏。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提出一种锡基钙钛矿薄膜，利用一种还原性络合物添加剂，通过少量简单的前驱液添加，可实现从“反应源头”和“结晶过程”上同步抑制锡基钙钛矿薄膜的缺陷产生，并且最终的太阳能电池的稳定性得到了提升。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种锡基钙钛矿薄膜，其特征在于，在制备薄膜的前驱液中添加还原性络合物，所述还原性络合物的结构如下：

R1-R-R2，

其中，R是芳香环基座，由苯萘吡啶噻吩[1，3，5]三嗪蒽二苯胺三苯胺中的单个或多个共轭基团以任意方式组合；

R1是还原性基团，由硝基醛基肼基次磷酸基酚羟基-OH中的单个或者多个基团以任意方式组合；

R2是络合性基团，由羧基硫醇基磺酸基氨基-NH₂，硫脲基酮基，亚砜羟基中的单个或者多个基团以任意方式组合。

进一步地，所述锡基钙钛矿薄膜为ASnX₃结构，其中，A为甲胺CH₃NH₂、甲脒HC(NH₂)₂、铯Cs⁺中的一种；X为阴离子Cl^-、Br^-、I^-中的一种或几种。

进一步地，所述前驱液中还包括金属卤化物和有机/无机盐，其中，所述金属卤化物为SnX₂，所述有机/无机盐为AX。

进一步地，所述前驱液的浓度为0.8mol/L；所述前驱液的溶剂为DMF/DMSO；所述锡基钙钛矿薄膜制备过程中的退火温度为70℃，退火时间30min。

进一步地，制备前驱体溶液的原料用量要求为：碘化亚锡、甲脒氢碘酸盐、还原性络合物的摩尔比为1:1:x，其中ox1。

一种制备如权利要求1所述的一种锡基钙钛矿薄膜的方法，其特征在于，包括如下步骤：