[发明专利]两步法制备钙钛矿薄膜用有机墨水及钙钛矿薄膜和应用

说明书

本发明涉及两步法制备钙钛矿薄膜用有机墨水及钙钛矿薄膜和应用，属于钙钛矿太阳能电池技术领域。有机墨水包括有机卤化物和有机溶剂。混合溶剂包括第一种溶剂、第二种溶剂和第三种溶剂；第一种溶剂包括异丙醇、丙醇、正丁醇、叔丁醇中任一种或几种；第二种溶剂包括正己烷、环己烷、丙酮中任一种或几种；第三种溶剂包括二甲基亚砜、N,N‑二甲基甲酰胺、N,N‑二甲基乙酰胺、N‑甲基吡咯烷酮、γ‑丁内酯中任一种或几种。本发明引入了具有高挥发性的第二种溶剂，提高溶剂的挥发速率，并引入对PbIsubgt;2/subgt;具有一定的溶解性的第三种溶剂，促进大面积钙钛矿薄膜的均匀挥发和结晶，提高大面积钙钛矿薄膜的均一性，同时提升电池效率。而且成本低。

技术领域

本发明涉及钙钛矿太阳能电池技术领域，具体涉及两步法制备钙钛矿薄膜用有机墨水及钙钛矿薄膜和应用。

背景技术

钙钛矿太阳能电池因其低成本和高效率而被广泛研究，成为潜在的硅基太阳能电池的替代品。目前，实验室小面积钙钛矿太阳能电池的效率已经达到25％以上。但是，大面积的钙钛矿组件的制备面临着诸多挑战。其中，钙钛矿薄膜的制备是影响组件性能的核心部分。目前，钙钛矿薄膜的制备方法大致可分为一步法和两步法。一步法即直接在衬底上涂布钙钛矿前驱体溶液，并需要立即通过吹气，抽真空或反溶剂等方法迅速去除溶剂，从而控制钙钛矿的成核与结晶过程。两步法即首先在衬底上通过溶液法或真空法形成一层均匀的PbI₂薄膜，随后，通过涂布或浸泡的方式使含有碘甲胺(MAI)或碘甲脒(FAI)等有机卤化物的有机溶液与PbI₂反应，形成钙钛矿薄膜。对于两步法，可以分别调控各个过程，且不需要额外的处理，更适用于工业化的生产。

目前，对于两步法制备钙钛矿薄膜的过程中，由于第二步有机墨水的涂布中所使用的主流溶剂为异丙醇，在涂布大面积的钙钛矿薄膜时，存在溶剂的挥发不均匀导致钙钛矿的成核结晶不均匀的问题。在涂布结束至薄膜退火的过程中会伴随着溶剂挥发的现象，由于基板边缘相对空气流动会比中间更快，基板四周的溶剂先挥发，会导致溶剂挥发不均，向中间区域收缩的现象，以及溶剂在PbI₂薄膜的停留时间不同，而溶剂在PbI₂薄膜的停留时间会影响钙钛矿的成核结过程，因此，对于大面积钙钛矿薄薄膜的制备过程中，溶剂的挥发不均匀，会导致大面积钙钛矿薄膜的不均匀结晶，均一性变差，严重影响大面积钙钛矿薄膜的质量。现有技术有采用风刀吹扫或基板加热的方法促进溶剂挥发，但是风刀的使用会导致液膜出现纹路状，带有基板加热功能的涂布设备的基台平整性较差，且上述这些方法会产生设备及能耗费用，成本较高。

另外，现有钙钛矿太阳能电池还存在电池效率低的问题，大面积钙钛矿太阳能电池的效率有待提升。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中大面积钙钛矿薄膜均一性差，采用风刀吹扫或基板加热的方法促进溶剂挥发不仅成本高，以及钙钛矿太阳能电池效率较低的问题，从而提供两步法制备钙钛矿薄膜用有机墨水及钙钛矿薄膜和应用。

本发明的技术方案：

一种两步法制备钙钛矿薄膜用有机墨水，包括有机卤化物和有机溶剂；所述有机溶剂为混合溶剂，所述混合溶剂包括第一种溶剂、第二种溶剂和第三种溶剂；所述第一种溶剂包括包括异丙醇、丙醇、正丁醇、叔丁醇中任一种或几种；所述第二种溶剂包括正己烷、环己烷、丙酮中任一种或几种；所述第三种溶剂包括二甲基亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、γ-丁内酯中任一种或几种。

所述第一种溶剂、第二种溶剂和第三种溶剂的体积比为(60～100)：(10～40)：(1～5)，且所述第一种溶剂体积占比不低于所述第二种溶剂的3倍。

所述第一种溶剂与第二种溶剂的体积比为(3～9)：1。

所述混合溶剂包括第四种溶剂，所述第四种溶剂包括甲醇、乙醇中任一种或几种；

所述第二种溶剂与所述第四种溶剂的体积比为(1.25～0.8)：1。