[发明专利]基于电化学两步合成的钙钛矿薄膜制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种太阳电池材料领域的技术，具体是一种有机——无机杂化钙钛矿薄 膜的电化学两步合成法。

背景技术

近年来，新型有机-无机杂化钙钛矿材料，以卤化胺铅盐如CH₃NH₃PbI₃等为代表，以其 优异的光电转换性能、载流子导电性以及易制备性得到迅猛的发展并产生了很多引人瞩目的研 究成果，应用于太阳电池其效率在几年内得到了飞速发展。然而，其材料稳定性(钙钛矿会在水 氧作用下分解)，制备可控性及太阳电池的大面积化等方面仍然存在明显的问题，从而制约了材 料的进一步发展和实际应用。目前，钙钛矿主要制备方法有两条路径，液相条件下的化学沉积 (主要基于旋涂法)和气相条件下的多元化学沉积技术(通常在真空条件下进行)。

发明内容

本发明针对传统化学旋涂法或者两步法等在复杂性、可控性等等方面的缺点，提出一种 基于电化学两步合成的钙钛矿薄膜制备方法，通过在溶液中进行电化学制备，制造适用于太阳 电池等光电器件的钙钛矿薄膜材料。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明以置于电解液中的导电材料为基底，通过在基底上施加负偏压以生成铅薄膜层； 然后将基底置于卤化胺溶液中并施加正直流偏压或者交变电压，从而在铅薄膜层上得到所需的 钙钛矿薄膜。

所述的基底，优选为导电FTO玻璃；进一步优选经氧化钛浆料，在该导电FTO玻璃的 表面旋涂30s，在120℃下干燥4min，重复两次，再在500℃下退火15min。

所述的电解液优选采用碘化铅、碘化钠及乙二醇叔丁基醚的异丙醇溶液；进一步优选碘 化铅、碘化钠及乙二醇叔丁基醚的浓度分别为10mM、1M及500mM。

所述的负偏压，优选为以铂金为对电极，-2.5V，持续时间5min；进一步优选在施加负 偏压前先施加直流脉冲-20V，持续时间1s。

所述的正直流偏压，优选为直流偏压+2.5V，施加时间为5min。

所述的交变电压，优选为5Hz的交流电压(方波)±2.5V，施加时间为5min。

所述的卤化胺溶液优选采用甲基碘化胺的异丙醇溶液；进一步优选甲基碘化胺的浓度为 10mg/mL。

本发明涉及上述方法制备得到的钙钛矿薄膜，厚度为20～500nm可调，形貌为平面或 有起伏结构。

本发明涉及上述钙钛矿薄膜的应用，将其用于制备钙钛矿太阳电池，具体为：在钙钛矿 薄膜上生长Spiro-MeOTAD固体电解质，然后在电解质上蒸镀金电极得到。

所述的生长，通过将72.3mg Spiro-MeoTAD与27μL 4-叔丁基吡啶、双(三氟甲烷磺酰) 亚胺锂的乙腈溶液17μL(浓度520mg/mL)及FK209钴盐的乙腈溶液29μL(浓度300mg/mL)混 合溶解于1mL氯苯配置得到Spiro-MeoTAD旋涂液，将其以4000r/min速度旋涂于钙钛矿薄膜 上30s，经干燥后得到。

所述的金电极的厚度优选为80nm。

技术效果

与现有技术相比，本发明的技术效果包括：

1)可在5min内高效制备钙钛矿薄膜材料，无需退火过程，无需任何化学掺杂和表面改 性，步骤相对简化，且很容易变换各种成分；

2)可通过物理参数(电压)的改变有效影响成膜质量和界面质量，可控性高；制备成大面 积电池(>2cm²)效率可达10％以上；

3)所制备太阳电池具有很高的可重复性，平均效率与最高效率之差小于5％；

4)所制备的钙钛矿材料稳定性好，随时间衰减慢(大气环境下500小时转换效率总衰减 小于0.7％，1000小时总衰减小于10％)，可在太阳电池、光催化等领域广泛应用。

附图说明

图1为实施例1中不同步骤所制得的样品扫描电镜图；

图中：(a)(b)为铅的顶视及侧视图，(c)(d)分别为钙钛矿的顶视及侧视图；

图2为实施例1中所制备钙钛矿材料所制备的太阳电池J-V特性曲线；

图3为实施例中步骤二所制得的钙钛矿材料扫描电镜图，嵌入图为顶视图；

图4为实施例中所制备太阳电池的J-V曲线图；

图5为实施例中所制备太阳电池的稳定性测试，样品存储于相对湿度20-40％的样品柜， 每两天取出测试一次，测试时间段为5-6月(上海地区，梅雨季节)；

图6为实施例中所制备的大面积电池的J-V曲线图。