[发明专利]一种钙钛矿薄膜、制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种钙钛矿薄膜、制备方法及其应用。所述制备方法包括如下步骤：(1)将锡源和卤化物有机溶剂中，搅拌后得到含锡钙钛矿前驱体溶液；(2)向所述含锡钙钛矿前驱体溶液中加入金属置换粉末，发生电偶置换反应，将所述含锡钙钛矿前驱体溶液中4价锡还原为2价锡，过滤后得到置换溶液；(3)将置换溶液采用一步旋涂法得到锡基钙钛矿薄膜。本发明可以有效抑制薄膜中锡元素氧化，减少缺陷密度和非辐射复合中心，提高薄膜的稳定性，从而提高了锡基钙钛矿太阳电池器件光电转换效率，增强了锡基钙钛矿太阳电池器件稳定性。

技术领域

本发明属于光电技术领域，更具体地，涉及一种钙钛矿薄膜、制备方法及其应用。

背景技术

随着经济的发展社会的进步，人类对于能源的需求日益增加。太阳能取之不尽用之不竭的巨大能量储存引起了广大研究人员的研究兴趣。太阳能电池是一种利用光伏效应将光能转化为电能的器件，其中基于溶液法加工的有机无机杂化钙钛矿太阳能电池原料廉价、制备工艺简单，认证效率超过了25％，达到了与传统晶硅太阳能电池相近的效率水平。但是此类钙钛矿太阳能电池都含有重金属铅元素，铅的毒性和对环境的危害大大地限制了它的商业化使用。锡基钙钛矿太阳能电池是非铅钙钛矿太阳能电池的一种，具有毒性低、带隙合适、较高的吸收系数与载流子迁移率等特点，有望取代铅基钙钛矿太阳能电池。然而目前的锡基钙钛矿材料，稳定性较差，锡元素易由+2价氧化成+4价，由此会在薄膜中产生的高缺陷密度和短少数载流子寿命损害器件的固有稳定性和光电特性，从而降低了相应器件的输出电压。据报道，制膜前，在前驱体溶液中就已经形成了少量的+4价锡。即使是少量的+4价锡形成(摩尔比0.1％)也会引起严重的p型自掺杂，使其光电性能大打折扣。因此，虽然目前大多数含锡钙钛矿是在惰性气氛中加工的，但锡的氧化问题仍然是限制其效率的主要因素。因此，如何解决锡的氧化问题对于同时提高锡基钙钛矿电池的效率和稳定性具有重要意义。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种钙钛矿薄膜、制备方法及其应用，其目的在于通过将前驱体溶液中4价锡还原为2价锡，由此解决锡基材料易氧化的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种锡基钙钛矿薄膜的制备方法，包括如下步骤：

(1)将锡源和卤化物有机溶剂中，搅拌后得到含锡钙钛矿前驱体溶液；

(2)向所述含锡钙钛矿前驱体溶液中加入金属置换粉末，发生电偶置换反应，将所述含锡钙钛矿前驱体溶液中4价锡还原为2价锡，过滤后得到置换溶液；

(3)将置换溶液采用一步旋涂法得到锡基钙钛矿薄膜。

优选地，所述金属置换粉末为第二主族元素金属粉末或过渡金属元素金属粉末，优选地，所述金属置换粉末包括Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni和Zn中的至少一种。

优选地，所述锡源与金属置换粉末的摩尔比为1:(0.01～0.20)。