[发明专利]大晶粒钙钛矿薄膜光电材料的制备方法

说明书

本发明公布了一种大晶粒钙钛矿薄膜光电材料的制备方法，包括前驱体溶液的制备和基底的制备，以及将制备好的前驱体溶液喷涂到基底上，获得大晶粒钙钛矿薄膜等过程。前驱体溶液通过将钙钛矿原材料AX_n和BX_3‑n按比例混合或者直接将钙钛矿材料ABX₃溶解在NMP溶剂或NMP混合溶剂中获得。前驱体溶液喷涂到100～150℃的热基底上并保温至大晶粒钙钛矿薄膜生长，钙钛矿晶粒呈良好的取向排列。在大晶粒钙钛矿薄膜上制备空穴传输层或者电子传输层，获得大晶粒钙钛矿薄膜光电材料。本发明通过选择合适的溶剂及生长温度，获得晶粒尺寸达mm级的钙钛矿薄膜，提高了载流子迁移率，使得相应的钙钛矿薄膜光电材料具有更好的光电性能。

技术领域

本发明涉及一种大晶粒钙钛矿薄膜光电材料的制备方法，尤其涉及一种大晶粒有机金属卤化物钙钛矿薄膜的制备方法，属于材料合成及其应用领域。

背景技术

随着现代化工业的高速发展和世界人口的急剧增长，全球能源消耗不断增加，能源短缺问题日益凸显。太阳能作为一种取之不尽、用之不竭的能源，具有分布广泛，对环境友好、安全，储量丰富等优点。如何低成本、高效率地利用太阳能来解决人类所面临的能源与环境问题成为全世界科学界和产业界共同关注的话题。新型高效的太阳能电池技术已成为各国学者研究的热点。目前，有机金属卤化物半导体CH₃NH₃PbX₃材料引起了人们广泛的关注，成为研究领域的热点。钙钛矿型太阳能电池(perovskite solar cells)，是利用钙钛矿型的有机金属卤化物半导体作为吸光材料的太阳能电池。该材料具有优异的光电性能，如合适的能带结构，通过成分调节可灵活控制带隙，因与太阳光谱匹配而具有良好的光吸收性能，良好的载流子迁移性能，载流子扩散长度较传统有机半导体高出1～2个数量级。

有机金属卤化物CH₃NH₃PbX₃具有典型的钙钛矿ABX₃的结构，其中A一般代表CH₃NH₃⁺或NH₂CH＝NH²⁺，B是金属阳离子(Sn²⁺或Pb²⁺)，X是卤素阴离子(Cl^-，Br^-或I^-)。钙钛矿中体积较大的A阳离子占据立方晶胞的中心，被12个X阴离子包围成配位立方-八面体，配位数为12；体积较小的B阳离子占据立方晶胞的角顶，被6个X阴离子包围成配位八面体，配位数为6。2009年有机金属卤化物钙钛矿材料首次作为光吸收材料代替传统的染料被引入到染料敏化太阳能电池中，当时电池的效率仅为3.8％，短短几年，通过优化器件结构、改进制备工艺，截至目前钙钛矿太阳能电池的效率速攀升至22％以上。迄今，制备钙钛矿器件应用最广的为旋涂法,但是旋涂法难于大规模生产，进而限制了有机金属卤化物钙钛矿材料的进一步工业化应用。同时旋涂制备的吸光薄膜往往结晶性差，晶粒尺寸小，缺陷较多，晶界会增加，载流子复合几率也相应增大，致使载流子寿命较短。为了降低载流子在传输过程中的缺陷复合，制备出的钙钛矿薄膜应当具有较少的晶界。目前有报道制备出钙钛矿块体单晶，钙钛矿单晶具有比纳米晶更加优异的性质和更好的稳定性，但其缺点是厚度较大且相互独立存在，无法成膜，进而无法更好的应用。

发明内容

本发明旨在提供一种大晶粒有机金属卤化物钙钛矿薄膜光电材料的制备方法，以获得晶粒尺寸达到mm级的钙钛矿薄膜材料，而不是块状晶体。

本发明通过以下技术方案实现：

大晶粒钙钛矿薄膜光电材料的制备方法，包括：