[发明专利]形成钙钛矿光活性器件的光活性层的方法

说明书

形成平面型钙钛矿光活性器件的光活性层的方法，包括：将至少一个第一前体溶液层施加至衬底以在该衬底的至少一个表面上形成第一前体涂层，该第一前体溶液包含溶解在第一涂覆溶剂中的MX₂和AX，其中摩尔比MX₂：AX＝1：n且0<n<1；和将第二前体溶液施加至该第一前体涂层以将该第一前体涂层转化为钙钛矿层AMX₃，该第二前体溶液包含溶解在第二涂覆溶剂中的AX，该第一前体溶液与该第二前体溶液反应以在该衬底上形成钙钛矿层AMX₃，其中A包含铵基或其它含氮有机阳离子，M选自Pb、Sn、Ge、Ca、Sr、Cd、Cu、Ni、Mn、Co、Zn、Fe、Mg、Ba、Si、Ti、Bi或In，X选自F、Cl、Br或I中的至少一种。

交叉引用

本申请要求2015年1月21日提交的澳大利亚临时专利申请No.2015900169的优先权，其公开内容应理解为被并入本说明书中。

技术领域

本发明整体上涉及形成平面型钙钛矿光活性器件的光活性层的方法。本发明特别适用于钙钛矿型太阳能电池，并且在下文中将相对于该示例性应用方便地公开本发明。

发明背景

以下对本发明的背景的讨论旨在促进对本发明的理解。然而，应该理解，该讨论不是确认或承认所提及的任何材料在申请的优先权日是已公开的、已知的或公知常识的一部分。

将阳光直接转化为电力的光伏(PV)电池在世界可再生能源组合中变得越来越重要。薄膜PV领域快速发展的新兴者是基于有机-无机钙钛矿结构化的半导体，其中最常见的是三碘化物(CH₃NH₃PbI₃)。这样的钙钛矿倾向于具有高的电荷载流子迁移率，并且因此形成理想的光活性组分。

钙钛矿太阳能电池以表征晶体结构或“钙钛矿结构”命名。光活性层由非常小的分子和离子的钙钛矿晶体组成。这种晶体结构在正常的干燥过程中快速形成，并且因此难以在衬底上形成为连续的膜。在典型的实验室工艺中，这是较少成问题的，特别是当使用旋涂将钙钛矿前体溶液涂覆在衬底上时。旋涂允许在直径达300mm的区域上方形成非常均匀的膜。在旋涂工艺中，在将衬底加速至所选择的速度之前或之后，将液体施加至衬底。该衬底快速旋转，并且衬底上的溶液展开并干燥。旋转工艺使结晶过程骤冷。因此，可以最小化或控制大尺寸晶体的形成，从而实现较高的覆盖。

然而，不可能以更大规模使用旋涂。工业涂覆工艺例如狭缝涂覆或任何其它可扩展的涂覆工艺首先形成湿膜，并且然后通过加热或吹风自然地干燥膜。与旋涂相比，这具有显著不同的溶液动态和干燥时间。在湿涂覆中，湿膜易于脱湿，不均匀的晶体形成和/或针孔的形成，所有这些都对光活性层的功能具有不期望的影响。施加结晶材料的量和面积越大，这些问题变得越来越严重。因此，在给定的衬底上形成无缺陷的钙钛矿层是更具挑战性的。

因此，期望提供一种形成钙钛矿光活性器件例如太阳能电池的光活性层的新的和/或改进的工艺或方法。

发明概述

本发明涉及一种改进平面型钙钛矿光活性器件的光活性层的加工性能的方法。该光活性层优选包含不具有中孔无机层的钙钛矿层(AMX₃)。

本发明在第一方面提供了一种形成平面型钙钛矿光活性器件的光活性层、优选薄膜光活性层的方法，包括：

将至少一个第一前体溶液层施加至衬底以在该衬底的至少一个表面上形成第一前体涂层，该第一前体溶液包含溶解在第一涂覆溶剂中的MX₂和AX，其中摩尔比MX₂：AX＝1：n且0<n<1；和

将第二前体溶液施加至该第一前体涂层以将该第一前体涂层转化为钙钛矿层AMX₃，该第二前体溶液包含溶解在第二涂覆溶剂中的AX，由此形成平面型钙钛矿光活性器件的光活性层，