[发明专利]一种钙钛矿薄膜的制备方法及其太阳能电池的制备方法

说明书

本发明公开了一种钙钛矿薄膜的制备方法及其太阳能电池的制备方法；包括采用真空热蒸镀的方式，将钙钛矿ABX₃原料中的BX₂沉积到基片上，基片上形成BX₂薄膜；在所述BX₂薄膜上闪蒸钙钛矿ABX₃原料中的AX盐，得到表面覆盖有过量AX盐的钙钛矿薄膜；清洗过量的AX盐，得到厚度为80‑500nm的钙钛矿薄膜。该方法先蒸镀BX₂，再闪蒸过量的AX，最后再洗掉过量AX，得到均匀致密的钙钛矿薄膜，这种方法使得钙钛矿薄膜层的制备更加可控，操作简单，重复性好，解决了现有技术中ABX₃蒸镀控制复杂的问题，从而有利于钙钛矿薄膜的大规模生产。

技术领域

本发明属于钙钛矿太阳能电池技术领域；具体涉及一种钙钛矿薄膜的制备方法，还涉及基于一种钙钛矿太阳能电池的制备方法。

背景技术

近年来，能源问题一直伴随着人类的发展，基于清洁能源太阳能的光伏电池的研究一直倍受人们的关注。在众多的太阳能电池中，钙钛矿电池这些年一直处于高速发展期。早在2013年，钙钛矿太阳能电池就被《科学》杂志评选为年度十大科学突破。有机无机复合钙钛矿光吸收层具有以下优点：高吸光系数，高载流子迁移率，长载流子寿命，长载流子扩散距离。经过了9年发展，目前光电转换效率已经可以和迅速在光伏领域内获得了广泛关注。

在2009年，日本的Miyasaka组用钙钛矿CH₃NH₃PbI₃作为染料吸光层，实现了3.8％的能量转化效率，在2017年，韩国的Seok组获得了能量转换效率高达22.1％的电池。在钙钛矿太阳能电池里，钙钛矿薄膜的制备很关键，目前比较流行的制膜工艺主要有一步法和两步法。一步法是将合成钙钛矿的原料PbI₂和MAI(甲胺碘)溶解在DMF(N,N-二甲基甲酰胺)和DMSO(二甲基亚砜)混合溶剂里，通过旋涂的方法制备。两步法是先制作好第一层PbI₂，再制作好第二层MAI，然后加热使两层原料通过内扩散形成钙钛矿。而两步法里的PbI₂和MAI又都可以用基于溶剂的湿法(溶液旋涂，刮凃，喷涂等)和基于真空的干法(蒸镀，闪蒸)制备。干法和湿法蒸镀都可以实现钙钛矿电池的大面积产业化生产，而干法且可以兼容目前已经成熟的OLED面板生产线，从而节约开发设备的成本。另一方面，干法更容易得到连续无孔洞的薄膜。目前干法已有一些报道，2015年Bolink，利用单源闪蒸钙钛矿材料CH₃NH₃PbI₃固体而得到了均匀的钙钛矿薄膜，其能量转换效率达到了12.2％。国内也有一些组在单源闪蒸方面取得一些成果，上海大学徐闰等人用单源闪蒸法制备了钙钛矿薄膜，器件效率达到了10.01％。另一方面，2013年，Snaith用双蒸发源分别蒸镀PbI₂和MAI，获得了无孔洞的钙钛矿薄膜，器件效率为15.4％。但是这种方法需要精确的控制两个蒸发源的蒸发速度，而MAI是一种小分子，像蒸汽一样，非常难控制蒸发速率。另外，两种原料的蒸发速度控制的很慢，耗时长，后面就少有人用这种双源蒸镀的方法。后来干法中应用较多的是连续沉积的办法制备钙钛矿薄膜。2014年台湾清华大学Lin HaoWu组用连续沉积PbCl₂和MAI的办法获得了均匀的钙钛矿薄膜，进而得到了15.4％光电转换效率的电池。而这种方法依然存在MAI蒸镀不好控制的问题。

发明内容

本发明提供了一种钙钛矿薄膜的制备方法及其太阳能电池的制备方法；采用连续真空沉积的方法，先蒸镀BX₂，再闪蒸过量的AX，最后再洗掉过量AX，得到均匀致密的钙钛矿薄膜，这种方法使得钙钛矿薄膜层的制备更加可控，操作简单，重复性好，解决了现有技术中ABX₃蒸镀控制复杂的问题，从而有利于钙钛矿薄膜的大规模生产。