[发明专利]卤化物钙钛矿薄膜和包含其的太阳能电池及其形成方法

说明书

本发明涉及卤化物钙钛矿薄膜的形成方法，将氧化氘与卤化物钙钛矿溶液混合以形成卤化物钙钛矿薄膜。卤化物钙钛矿溶液包含金属阳离子(例如铅离子、锡离子、锗离子或铋离子)、卤族阴离子和选自有机正离子(例如甲铵或甲脒正离子)和无机正离子(例如铯离子、铷离子或钾离子)中的至少一种。本申请还公开了包含具有一个或多个碳氘键的有机正离子的卤化物钙钛矿薄膜，以及包含所述卤化物钙钛矿薄膜的太阳能电池。

相关申请

本申请要求2016年8月3日提交的新加坡专利申请10201606391W的优先权，其内容通过引用整体并入本文。

技术领域

本公开的各个方面涉及卤化物钙钛矿薄膜。本公开的各个方面涉及包含卤化物钙钛矿薄膜的太阳能电池。本公开的各个方面涉及卤化物钙钛矿薄膜的形成方法。

背景技术

现代文明比以往任何时候都更依赖于能源。现代世界的能源需求每年都在增加。为了满足这些需求，世界对煤、石油、油和天然气等化石燃料的依赖性也在增加，以满足能源需求。由于所有这些能源都是不可再生的，因此人们会担心它们将来会完全耗尽。

另一方面，可再生能源是永久且环保的。许多可再生能源广泛可用，并且也非常适合离网的远程位置的应用。在所有可再生能源中，太阳能最有可能应对增加能源需求的挑战。另外，光伏技术还具有其他优点，例如无噪声，并且结合到建筑物设计中时具有美感。此外，它可以用于小规模的工厂应用。

基于有机/无机杂化钙钛矿(例如甲基胺碘化铅，CH₃NH₃PbI₃)的太阳能电池不仅显示出更高的光电转换效率，而且还可以通过使用廉价材料的简易溶液法制备。这种钙钛矿可具有优异的光电性能，并且已显示出超过22％的光电转换效率。这些钙钛矿太阳能电池的性能优于其他基于染料敏化太阳能电池(DSC)、小分子和聚合物太阳能电池的太阳能电池。

自Miyasaka等人在2009年使用卤化铅钙钛矿作为光吸收体制造出第一个钙钛矿太阳能电池以来，已经研发出了许多钙钛矿薄膜的形成和结晶方法，包括溶剂蒸汽退火、物理气相沉积(PVD)、单步涂覆法和连续沉积法。然而，这些方法增加了制备工艺的实质复杂性。在这些处理方法中，单步制备法可能是最简单和最容易实现的。在该方法中，使用在常用溶剂(如二甲基甲酰胺(DMF)、γ-丁内酯(GBL)、二甲基亚砜(DMSO))中的钙钛矿溶液(包含金属卤化物和有机卤化物组分)形成钙钛矿薄膜。

目前，只有介观钙钛矿太阳能电池结构能够表现出非常高的效率，但是在这种结构中可能需要非常高的温度(高于450℃)处理氧化钛(TiO₂)，这可能意味着这种结构不适用于卷对卷生产和其他低温制造工艺。此外，形成高效钙钛矿太阳能电池的其他现有方法要么非常复杂，要么需要大量的处理时间。因此，简单的可溶液处理的钙钛矿太阳能电池技术正迅速丧失对通过更复杂的方法形成的更节能的太阳能电池的吸引力。因此，需要开发一种使用直接制造技术的方法，且该技术形成的太阳能电池具有与通过现有技术(涉及高温处理、复杂工艺和/或更长制造时间)形成的太阳能电池相当的效率。

发明内容

各种实施方案可提供卤化物钙钛矿薄膜的形成方法。该方法可包括将氧化氘与卤化物钙钛矿溶液混合以形成卤化物钙钛矿薄膜。卤化物钙钛矿溶液可包含金属阳离子、卤族阴离子和选自有机正离子和无机正离子中的至少一种。

各种实施方案可提供通过本文所述方法形成的卤化物钙钛矿薄膜。

各种实施方案可提供一种包含金属阳离子、有机正离子和卤族阴离子的晶体结构。有机正离子可包含一个或多个碳氘键和一个或多个碳氕键。

附图说明

结合非限制性实施例和附图并参考详细描述可以更好地理解本发明，其中：

图1示出了根据各种实施方案的卤化物钙钛矿薄膜的形成方法的示意图。