[发明专利]调控无铅钙钛矿太阳能电池形貌的方法及制备的电池器件

说明书

本发明公开一种调控无铅钙钛矿太阳能电池形貌的方法及制备的太阳能电池器件，在制备无铅钙钛矿薄膜时首先在衬底上以3000～4000rpm的转速旋涂前驱液，并于70～100℃下退火10min，所述前驱液是先将摩尔比为1：1的碘化锡(SnI₂)和甲脒碘(FAI)以及不同质量比的柠檬酸(CA)添加剂溶解在DMF与DMSO的混合溶剂中，接着在室温下搅拌2h后形成的。本发明通过改变前驱体溶液中柠檬酸(CA)添加剂的质量比来调控无铅钙钛矿薄膜的形貌，相较于传统技术，获得的无铅钙钛矿形貌更均匀、薄膜表面的针孔结构少，提高了成膜质量，降低了密度缺陷，基于该方法制备的太阳能电池器件的光电转换效率有明显的提升。

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种调控无铅钙钛矿太阳能电池形貌的方法及制备的太阳能电池器件。

背景技术

近年来，基于ABX3为吸光层和空穴传输层的固态有机-无机杂化钙钛矿电池取得了飞速发展，这种钙钛矿太阳能电池具有高的能量转换效率(PCE)、低成本的制造工艺等优异性能，引起了国内外学者的深入研究，钙钛矿太阳能电池的能量转换效率也从最初的3.8％跃升至22％，该数值已接近商业化硅基太阳能电池的能量转换效率。

对于以钙钛矿薄膜为活性层的器件来说，钙钛矿薄膜的晶胞生长情况和表面形貌对以钙钛矿薄膜为活性层的器件的一系列参数，包括发光器件的电压-电流密度，启亮电压，流明效率，以及太阳能电池器件的开路电压、短路电流密度、填充因子以及光电转换效率起着至关重要的作用。而钙钛矿ABX₃薄膜的制备方法对其结构、形貌、电荷迁移率、电子寿命及光电转换性能影响较大。为了提高钙钛矿太阳能电池的光电转换效率，就需要在钙钛矿薄膜与电荷传输层界面处最大限度的减少电荷复合，实现这一目标的具体方法是通过调控钙钛矿薄膜形貌从而有效提高钙钛矿表面成膜质量来实现的。

目前，钙钛矿太阳能电池中所用到的钙钛矿材料主要是碘化铅甲胺(CH₃NH₃PbI₃)，它的能级带隙约为1.5eV，消光系数高，几百纳米厚的钙钛矿薄膜可以充分吸收800nm以下的太阳光，稳定性好，是较为理想的钙钛矿材料，但是，这种钙钛矿太阳能电池中含有有毒重金属铅，使得其进步一商业化发展的道路受到了限制，因此寻找具有较高转换效率的无铅钙钛矿吸光材料成为近些年来研究的热点。本发明也将围绕无铅钙钛矿电池展开，寻找一种能够提高无铅钙钛矿太阳能电池器件性能的方法。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明旨在提供一种调控无铅钙钛矿太阳能电池形貌的方法及基于该方法制备的太阳能电池器件；利用本发明公开的方法可获得形貌更加均匀致密，成膜质量较高的钙钛矿薄膜，有效提升太阳能电池器件的光电转换效率。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：一种调控无铅钙钛矿太阳能电池形貌的方法，在制备无铅钙钛矿薄膜时所用的前驱液是先将摩尔比为1：1的碘化锡(SnI₂)和甲脒碘(FAI)以及不同质量比的柠檬酸(CA)添加剂溶解在DMF与DMSO的混合溶剂中，接着在室温下搅拌2h后形成的。

进一步地，所述前驱液的终摩尔浓度为1.0～1.2mol/L。

进一步地，所述DMF与DMSO的体积比为8：2。

进一步地，基于调控无铅钙钛矿太阳能电池形貌的方法制备的太阳能电池器件，其特征在于，所述太阳能电池器件由依次叠加的玻璃衬底、ITO阳电极、PEDOT:PSS空穴传输层、无铅钙钛矿薄膜层、富勒烯衍生物(PCBM)电子传输层、2,9-二甲基4,7-二苯基-1,10-菲啰呤(BCP)空穴阻挡层和Ag金属电极层组成，制备所述无铅钙钛矿薄膜层的前驱液是由SnI₂、FAI和不同质量比的CA添加剂溶解在体积比为8：2的DMF与DMSO的混合溶剂中后室温下搅拌2h形成的，所述前驱液的终摩尔浓度为1.0～1.2mol/L。