[发明专利]一种钙钛矿晶体薄膜及其水蒸汽退火制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种钙钛矿晶体薄膜及其水蒸汽退火制备方法与应用。所述钙钛矿晶体薄膜的制备方法，包括如下步骤：1)配制供体A和供体B的溶液，经搅拌得到钙钛矿前体溶液；2)在空气气氛中，将钙钛矿前体溶液旋涂于基底上，得到设有钙钛矿活性层的基底；3)设有钙钛矿活性层的基底经下述a)或b)或c)处理即得钙钛矿晶体薄膜：a)在空气中放置，直至钙钛矿活性层变为黑色；b)在空气中进行热退火，直至钙钛矿活性层变为黑色；c)在空气中，采用水蒸汽调控设有钙钛矿活性层的基底所在体系的湿度，对钙钛矿活性层进行水蒸汽退火处理，直至钙钛矿活性层变为黑色。利用该方法制备的平面异质结钙钛矿电池的光电转化效率达到16.4％，高于大多数热退火工艺得到的电池效率。

技术领域

本发明涉及一种钙钛矿晶体薄膜及其水蒸汽退火制备方法与应用。

背景技术

近年来，有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池已经成为未来能源的一个新选择，其加工方法基于溶液工艺，在实验室中认证的光电转化效率已经突破了20％(Science,2015,348,1234；Science,2014,345,295；Science,2012,338,643；J.Am.Chem.Soc.2015,137,9210)。目前，该领域的研究主要集中在通过选择适当的制备方法，来形成高质量的钙钛矿晶体薄膜。传统的高温热退火工艺可以形成紧凑的钙钛矿晶体薄膜，但是由于该工艺会造成钙钛矿的分解以及能源消耗而不利于大规模产业化(Science,2015,350,944；J.Am.Chem.Soc.,2015,137,2674；Angew.Chem.Int.Ed.,2015,54,9705；J.Am.Chem.Soc.,2015,137,15540；Chem.Mater.,2015,27,227)。因此，寻找既可以形成紧密、高度结晶的钙钛矿薄膜，又可以通过简单和可靠的室温溶液处理方法进行加工，这是高性能钙钛矿太阳能电池的产业化方向。作为室温溶剂退火探索方案之一，有文献报道采用氯苯、DMF和DMSO等溶剂进行室温下的溶剂退火工艺实现了高质量的钙钛矿薄膜(J.Mater.Chem.A,2016,4,321)，但是它是采用有机溶剂，不符合绿色化学的发展要求，因此提供一种绿色环保并且廉价的钙钛矿晶体薄膜的制备方法至关重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种钙钛矿晶体薄膜及其水蒸汽退火制备方法与应用，本发明采用室温下水蒸汽退火制备钙钛矿晶体薄膜，所制备的钙钛矿晶体薄膜能够用于制备高效的钙钛矿太阳能电池。

本发明所提供的钙钛矿晶体薄膜的制备方法，包括如下步骤：

1)配制供体A和供体B的溶液，经搅拌得到钙钛矿前体溶液；

所述供体A选自氯化铅、溴化铅、乙酸铅、硫氰酸铅和碘化铅中的任意一种；

所述供体B选自甲基氯化铵、甲脒盐酸盐、甲基溴化铵、甲脒氢溴酸盐、甲基碘化铵和甲脒氢碘酸盐中的任意一种；

2)在空气气氛中，将所述钙钛矿前体溶液旋涂于基底上，得到设有钙钛矿活性层的基底；

3)所述设有钙钛矿活性层的基底经下述a)或b)或c)处理即得所述钙钛矿晶体薄膜：

a)在空气中放置，直至所述钙钛矿活性层变为黑色；

b)在空气中进行热退火，直至所述钙钛矿活性层变为黑色；

c)在空气中，采用水蒸汽调控所述设有钙钛矿活性层的基底所在体系的湿度，对钙钛矿活性层进行水蒸汽退火处理，直至所述钙钛矿活性层变为黑色。

上述的制备方法中，步骤1)中，所述供体A与所述供体B的摩尔比可为1：1～5，具体可为1：1；

采用如下溶剂配制所述溶液：二甲基甲酰胺、二甲基亚砜和γ-丁内酯中的任意一种；

所述溶液中，所述供体A和所述供体B的总的质量百分含量为35～50％，具体可为40％。