[发明专利]一种钙钛矿薄膜电池的制备方法

说明书

本发明涉及一种钙钛矿薄膜电池的制备方法，该方法如下：将醋酸铅、乙酰丙酮、甲基碘化胺按照摩尔比例为（1~1.1）:（1~1.1）:3的比例溶解在乙二醇甲醚溶液中，获得铅离子浓度为0.7‑0.8mol/L的前驱溶液，将该溶液在玻璃/ITO/PEDOT上旋涂150‑180s获得凝胶膜，经过模拟太阳光辐照和低温70℃退火，获得钙钛矿层，进一步制备PCBM层和Al电极，获得了效率高达15%的结构为“玻璃/ITO/PEDOT/钙钛矿层/PCBM/Al”钙钛矿太阳能电池。本发明基于醋酸盐一步溶液镀膜法，结合了光化学及长时间旋涂镀膜技术，具有工艺重复性高，电池效率高的优点。

技术领域

本发明涉及太阳能电池领域，具体涉及一种钙钛矿薄膜电池的制备方法。

背景技术

随着一次能源的逐渐枯竭以及日益严重的环境污染，开发各种清洁的可再生能源(如太阳能、风能、核能、水能、地热潮汐等)是人类面临的当务之急。太阳能具有取之不尽、用之不竭的优点，太阳能电池的研究开发受到人们的普遍关注。在各种光伏电池中，传统的晶硅太阳能电池凭借其成熟的工艺和稳定的效率占据了光伏市场85％的份额，但是由于原材料及工艺过程的成本较高，使得电池的成本居高不下。各类薄膜太阳能电池(如a-Si、CIGS、CdTe等)因性能不稳定，原料短缺，环境污染等问题限制了其商业化进程。而新型的量子点电池，染料敏化电池、有机太阳能电池等虽然可使用印刷、旋涂、溶液等简单的制备技术，但其效率却远落后于无机半导体太阳能电池。

近年来，一种可实现高效率、低成本的新型太阳能电池---钙钛矿太阳能电池在光伏器件中脱颖而出，并迅速在世界范围内掀起了研究热潮。2013年，新型钙钛矿太阳能电池被Science列为年度十大科技进展，这是对钙钛矿太阳能电池研究成果的高度评价。现在，钙钛矿太阳能电池的能量转换效率已经被提高到了20％。钙钛矿太阳能电池经过了不到十年的飞速发展，向世界展现出了不可限量的发展前景。

如何通过简单廉价的技术制备高性能的钙钛矿太阳能电池薄膜成了当前的主要课题。目前有机无机钙钛矿电池主要通过价格低廉的溶液法制备。溶液法制备钙钛矿太阳能电池主要分两类，一类是两步溶液镀膜法，另一类是一步溶液镀膜法。两步溶液镀膜法虽然可以获得高效率的电池，但是产业化生产困难，大规模生产的可操作性不高。一步溶液法镀膜可适用于大规模生产，但是当前的薄膜效率，薄膜质量等还有待进一步提升。目前一步溶液法镀膜中主要采用碘化盐作为原料，但存在镀膜质量差的缺点。近年来有人发明了醋酸盐溶液一步镀膜法制备钙钛矿太阳能电池，可获得高质量的薄膜，因此将来渴望在实际生产中发挥重要价值。

但是，到目前为止，醋酸盐溶液一步镀膜法制备钙钛矿电池还存在以下几个问题：1）目前的醋酸盐溶液法基本上采用二甲基甲酰胺为溶剂，这种溶剂很容易获得澄清的溶液，但是以二甲基甲酰胺为溶剂制备的溶液，在镀膜过程中存在镀膜质量差，可重复性低的缺点，其原因在于二甲基甲酰胺对薄膜具有腐蚀作用，蒸发掉的二甲基甲酰胺蒸汽，在镀膜过程中腐蚀薄膜，使得薄膜质量不容易控制；2）醋酸盐溶液法制备的钙钛矿电池的效率较低，难以超过13%，尚未达到碘化盐方法所得电池的效率。因此，如何通过选择合适的工艺路线来提升醋酸盐溶液法制备的钙钛矿太阳能电池工艺稳定性，以及电池效率，是当前急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种钙钛矿薄膜电池的制备方法，基于醋酸铅为原料，乙二醇甲醚为溶剂的一步溶液镀膜法，结合光照与70℃低温退火，即可获得效率高达15%的反式结构的钙钛矿太阳能电池。

本发明所采用的技术方案为：

一种钙钛矿薄膜电池的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：前驱溶液的制备：

（1-1）、将醋酸铅，甲基碘化胺溶解在乙二醇甲醚中，醋酸铅与甲基碘化胺的摩尔比为1~1.1:3，调节乙二醇甲醚的用量，使得铅离子浓度控制在0.7-0.8mol/L，搅拌后获得澄清溶液A；