[发明专利]一种铅锡共混钙钛矿薄膜及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种铅锡共混钙钛矿薄膜及其制备方法和应用，属于太阳能电池技术领域，所述铅锡共混钙钛矿薄膜是向铅锡共混钙钛矿前驱体溶液中加入强极性钝化剂后制得。本发明利用强极性分子对铅锡共混钙钛矿进行体钝化，可以将厚的铅锡共混钙钛矿的体相和表面的A位子和B位缺陷都进行更有效的钝化，提升载流子的扩散长度，在将吸光层的厚度增厚来吸收更多的太阳光的同时保证光生载流子依旧有效的传输到两端的传输层中，进而增加单结和叠层钙钛矿电池的短路电流密度，提高电池光电转化的效率。

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种铅锡共混钙钛矿薄膜及其制备方法和应用。

背景技术

钙钛矿太阳能电池（perovskite solar cells），是利用钙钛矿型的有机-无机杂化金属卤化物半导体作为吸光材料的太阳能电池，属于第三代太阳能电池。有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池因具有低成本、易制备和优异的光电转化性能等优点而在国际上备受关注，并且发展迅速，电池转化效率已从2009 年的3.8%提升到2020年的25.5%，钙钛矿材料也被认为是下一代低成本太阳能电池的光吸收材料。

为了让钙钛矿电池获得更高的光电转换效率，基于钙钛矿的叠层电池是突破效率极限的最有效途径。在钙钛矿/钙钛矿叠层太阳能电池中，通过使用宽带隙的钙钛矿作为顶电池吸收短波长部分的太阳光，使用窄带隙的钙钛矿作为底电池吸收长波长部分的太阳光，提高太阳光谱的利用率，降低单结电池中载流子的热弛豫损失，从而提高光电转换效率。然而，目前钙钛矿/钙钛矿太阳能电池的效率严重受限于窄带隙钙钛矿太阳能电池，这是由于窄带隙钙钛矿太阳能电池需要吸收长波长的太阳光，长波的光穿透深度长，需要厚的钙钛矿吸光层才能充分吸收。然而，尽管厚的吸光层能充分吸收太阳光，但是光生载流子的寿命较短导致扩散长度不足，光生载流子无法有效穿过厚的吸光层到达两端传输层，进而导致能充分利用太阳光的厚吸光层器件的性能反而不如薄的吸光层器件。

发明内容

针对铅锡共混钙钛矿薄膜质量较差、载流子寿命短扩散长度不足的问题，本发明提供一种利用强极性分子进行体钝化制得的铅锡共混钙钛矿薄膜。利用强极性分子对铅锡共混钙钛矿进行体钝化，可以将厚的铅锡共混钙钛矿的体相和表面的A位子和B位缺陷都进行更有效的钝化，提升载流子的扩散长度，在将吸光层的厚度增厚来吸收更多的太阳光的同时保证光生载流子依旧有效的传输到两端的传输层中，进而增加单结和叠层钙钛矿电池的短路电流密度，提高电池光电转化的效率。

为了实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种铅锡共混钙钛矿薄膜，所述铅锡共混钙钛矿薄膜是向铅锡共混钙钛矿前驱体溶液中加入强极性钝化剂后制得；

所述强极性钝化剂为4-三氟-苯铵盐CF3-PAX、4-三氟-苯甲铵盐CF3-PMAX、4-三氟-苯乙铵盐CF3-PEAX、4-氟苯铵盐F-PAX、4-氟苯甲铵盐F-PMAX或4-氟苯乙铵盐F-PEAX中的一种或几种，如下式所示，其中X为氯、溴、碘或氟；

所述铅锡共混钙钛矿薄膜为ABX₃，其中A位为甲胺离子MA⁺或甲脒离子FA⁺中的一种或两种的混合，B位为铅离子Pb⁺和锡离子Sn²⁺共混，并且锡离子Sn²⁺所占金属离子的比例为10%-90%，X位为碘离子I^-、溴离子Br^-和氯离子Cl^-中的一种或两种或三种的混合。

进一步地，所述强极性钝化剂的用量为铅锡共混钙钛矿前驱体中铅离子和锡离子摩尔量之和的0.01%-10%。

更进一步地，所述强极性钝化剂的用量为铅锡共混钙钛矿前驱体中铅离子和锡离子摩尔量之和的0.1%-1%。

上述铅锡共混钙钛矿薄膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，按常规方法制备铅锡共混钙钛矿前驱体溶液；