[发明专利]一种大面积均质有机‑无机钙钛矿薄膜的制备方法及其制品和应用

说明书

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，具体而言，涉及一种钙钛矿薄膜、含有其的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术

太阳能是一种取之不尽、用之不竭的可再生清洁能源，具有独特的优势和巨大的开发潜力。太阳能的大规模开发利用对于建立合理的绿色能源结构和实现最大限度节能减排目标都具有十分重大的意义。目前市场化比较成熟的光伏技术包括第一代的硅基半导体太阳能电池和第二代CIGS、CdTe等多元化合物薄膜太阳能电池，尽管每年以30％的速度高速增长，但其总装机发电量仍不足全球总能耗的1％。另外，硅基半导体太阳能电池的材料具有成本高、工艺复杂和高能耗等缺陷，而多元化合物薄膜太阳能电池则也存在原材料受限和污染严重等问题。可见，寻找新一代更廉价、更高效的清洁光伏技术是太阳能利用的一个永恒命题。

2009年以来，基于有机-无机杂化卤化物的钙钛矿太阳能电池因其低加工成本和高光电转换效率而受到国内外科研人员的广泛关注，短短数年间，钙钛矿太阳能电池的能量转换效率从8％激增至20％以上，显示出巨大的产业开发前景。但钙钛矿太阳能电池主要由电子传输层、钙钛矿光捕获层和空穴传输层构成，其中钙钛矿光捕获层中所采用的钙钛矿薄膜的质量决定了器件的性能。当前大家普遍采用溶液旋涂法制备钙钛矿薄膜，但这种方法制备的钙钛矿薄膜覆盖均匀性差，重复性低，浪费原材料，极大地限制了大面积钙钛矿薄膜的制备。

发明内容

本发明旨在提供一种大面积均质有机-无机钙钛矿薄膜的制备方法及其制品和应用，该制备方法工艺简单，且能够得到大面积的有机-无机钙钛矿薄膜，不仅均匀性好，面积可控，重复率高，节省原料，而且包括该大面积均质有机-无机钙钛矿薄膜的太阳能电池的性能稳定，光电转换效率高。

针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种钙钛矿薄膜的制备方法，包括以下步骤：

1)制备含铅化合物浆料；

2)设置导电基板，并在其上丝网印刷所述含铅化合物浆料，烧结后在所述导电基板上获得均匀的氧化铅薄膜；

3)将步骤2)中获得的氧化铅薄膜分别置于第一蒸气和第二蒸气中依次进行熏蒸，制备得到均匀的钙钛矿薄膜。

根据本发明，所述第一蒸气为卤化氢蒸气(HY，Y＝Cl^-，Br^-，I^-及其混合物)；所述第二蒸气为甲胺蒸气(CH₃NH₂)、乙胺蒸气(CH₃CH₂NH₂)和甲脒蒸气(HN＝CH-NH₂)中的一种或多种。

进一步地，步骤1)中，制备含铅化合物浆料的方法包括：首先采用微波辐射法、超声波法或固相化学反应法(优选采用固相化学反应法)合成直径尺寸为5～100nm的含铅化合物纳米颗粒，再通过加入溶剂或添加剂进行调配得到含铅化合物浆料。优选地，所述含铅化合物为硫化铅、氧化铅或二氧化铅的一种或多种。

进一步地，步骤1)中，所述含铅化合物浆料为第一浆料或第二浆料。其中，所述第一浆料为含铅化合物和溶剂以体积比为(1:5)～(1:10)形成的混合物；所述第一浆料中不含难挥发有机添加剂。优选地，所述溶剂为乙醇、乙二醇醚、四氢呋喃、氯苯或丙腈等有机小分子溶剂。优选地，采用所述第一浆料制备含铅化合物薄膜时的烧结温度为50～250℃。

所述第二浆料为含铅化合物和添加剂以体积比为(1:4)～(1:15)形成的混合物，所述添加剂为难以挥发的有机大分子添加剂，例如可以为乙基纤维素、松油醇或曲拉通。优选地，采用所述第二浆料制备含铅化合物薄膜时的烧结温度为300～600℃。

进一步地，步骤2)中，在所述导电基板上丝网印刷含铅化合物浆料之前，还包括对所述导电基板进行清洁处理的步骤。所述清洁处理的步骤是：将所述导电基板依次用去离子水、乙醇和丙酮超声清洗，再经紫外臭氧处理。其中，所述导电基板为FTO透明导电玻璃、ITO透明导电玻璃、PET柔性透明导电膜或PI柔性透明导电膜。

进一步地，所述步骤2)中的烧结步骤包括：将丝网印刷有含铅化合物浆料的所述导电基板置于空气或惰性气体中，于50～600℃进行退火处理30～60分钟，得到表面均匀覆盖有厚度为100～3000nm氧化铅薄膜的导电基板。