[发明专利]一种提高纯度、减少针孔的钙钛矿薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，具体地说是一种提高纯度、减少针孔的钙钛矿薄膜的制备方法。

背景技术

太阳能电池能够将太阳能直接转换成电能，由于太阳能是取之不尽用之不竭的清洁能源，因此太阳能电池是人类应对能源危机，寻求可持续发展的重要对策。目前，晶体硅太阳能电池占有89%的光伏市场份额。然而，昂贵的原材料及其繁琐的电池工艺限制了晶体硅太阳能电池的长远发展。在过去的十年里，薄膜太阳能电池包括硅基薄膜、Cu(In，Ga)Se_2-xS_x以及CdTe电池等也开始实现大规模产业化。作为第三代太阳能电池的杰出代表，钙钛矿太阳能电池是一种以有机无机钙钛矿材料产生光生电子和空穴对的一类新型全固态有机金属卤化物薄膜太阳能电池。钙钛矿太阳能电池具有能量转换效率高，载流子扩散长度长、迁移率高，核心光电转换材料廉价易得等优点，经过短短五年的发展，其实验室转换效率从3.8%提升至20.1%左右。

目前，钙钛矿太阳能电池中所用到的钙钛矿材料主要是碘化铅甲胺（CH₃NH₃PbI₃），它的带隙约为1.5 eV，消光系数高，几百纳米厚薄膜就可以充分吸收800 nm以下的太阳光。钙钛矿薄膜的制备方法主要包括一步溶液法、两步溶液法以及气相辅助液相沉积法等。下面以CH₃NH₃PbI₃为例介绍钙钛矿薄膜的几种制备方法。

一步溶液法具体是：将PbI₂和CH₃NH₃I以一定的摩尔比例混合，然后溶解于N，N-二甲基甲酰胺（DMF）溶液中，待完全溶解后旋涂于相应的基底上，之后对薄膜进行热处理即形成CH₃NH₃PbI₃钙钛矿薄膜。但是，一步溶液法制备的钙钛矿薄膜很难达到较高的覆盖度，并且薄膜表面具有很高的粗糙度，这就导致漏电及复合的增加，从而对光伏性能产生不利影响。

二步溶液法具体是：将PbI₂溶解于DMF中，加热搅拌至溶解，然后旋涂于相应的基底上，经干燥后浸泡于CH₃NH₃I的异丙醇（IPA）溶液中，再经干燥退火后形成CH₃NH₃PbI₃钙钛矿层。二步溶液法能够有效减少薄膜的针孔，减少漏电路径，增大器件的并联电阻。

气相辅助液相沉积法具体是：将PbI₂溶解于DMF中，加热搅拌至溶解，然后旋涂于相应的基底上；再将CH₃NH₃I加热到一定温度使其挥发，挥发的CH₃NH₃I蒸汽与PbI₂反应生成CH₃NH₃PbI₃钙钛矿薄膜。这种方法目前分为两类，一类为非接触式，一类分为接触式。而目前的接触式主要为粉末接触，即将旋涂有PbI₂薄膜的基底直接覆盖于CH₃NH₃I粉末上。

采用现有的气相辅助液相沉积法制备钙钛矿薄膜，无论是接触式还是非接触式，都有一定的限制。采用非接触式的气相辅助液相沉积法大多应用于制备平面结构的电池，因为平面结构的电池中，PbI₂膜层较平整；而在介孔太阳能电池中，PbI₂嵌入介孔中，既增加了PbI₂的膜厚，又导致了PbI₂膜层的不规则，使得非接触式的气相辅助液相沉积法难以实现较高的CH₃NH₃I蒸汽压，介孔中的PbI₂也就难以实现完全反应。而粉末接触式的气相辅助液相沉积法，能够有效的形成饱和CH₃NH₃I蒸汽压，应用于介孔电池制备中也有一定的优势。但是采用粉末接触法，由于CH₃NH₃I粉末颗粒较大，使得CH₃NH₃I颗粒与PbI₂薄膜接触并不能形成良好的接触，很容易使制备的钙钛矿薄膜形成针孔，大大降低了薄膜的质量，增加漏电，继而影响光伏性能。

发明内容