[发明专利]一种非卤素铅掺杂的钙钛矿薄膜、制备方法及其应用

说明书

本发明属于太阳能电池领域，具体公开了一种非卤素铅掺杂的钙钛矿薄膜、制备方法及其应用，所述的钙钛矿薄膜由钙钛矿前驱体溶液添加草酸铅制备而成。在所述的制备方法中，钙钛矿前驱体溶液中添加微量草酸铅，通过低温溶液处理法来旋涂得到太阳能电池中的钙钛矿薄膜层，进而减缓钙钛矿材料的结晶过程，从而获得晶粒更大，晶界更少的薄膜。本发明的制备工艺简单，节约生产成本；同时，可以很好地改善钙钛矿薄膜的结晶情况，减少缺陷的产生，进而抑制载流子复合，有利于提高器件性能。同时，应用该方法得到的室内钙钛矿太阳能电池在未来室内低光照供电方面具有很大前景。

技术领域

本发明属于太阳能电池领域，涉及一种钙钛矿太阳能电池和室内钙钛矿太阳能电池及其制备方法，特别是涉及利用非卤素铅调节钙钛矿结晶的方法。

背景技术

在过去的十年中，钙钛矿材料作为能源领域的研究热点受到了极大的关注，同时钙钛矿太阳能电池的效率已从2009年的3.8％迅速提高到2019年的25.2％。这些快速发展都归结于钙钛矿材料的双载流子传输性能、高吸光性、长载流子寿命和溶液加工性等，并且器件制作成本较低，在未来商业化方面极具优势。

目前，常用的制备钙钛矿太阳能电池的方法包括旋涂、化学气相沉积、喷墨印刷和热蒸发等， 虽然制备方法多种多样，但成本低且操作简单的低温溶液处理法受到研究人员的更多关注。特别是对传统的平面异质结钙钛矿太阳能电池而言，该方法更易快速获得所需薄膜。然而，这种方法在退火过程中的快速结晶过程会导致晶核过快形成，从而最终的晶粒较小，晶界过于明显，进而导致在钙钛矿层内及表面处形成大量缺陷态，阻碍载流子的传输并引起不可避免的复合，从而影响电池性能。另外，过多的晶界容易提供水氧活动空间，导致钙钛矿材料的分解。因此，钙钛矿材料的结晶情况对钙钛矿太阳能电池性能和稳定性起着不容忽视的作用。为了对这一情况进行改善，研究者提出了一种非卤化铅化合物来调节钙钛矿的结晶情况，其制备方法与传统钙钛矿太阳能电池类似，但引入该材料来对薄膜形貌及器件性能均有正面作用。另外，随着室内无线供电的普及，不受环境制约的室内太阳能电池受到广泛的关注，本研究也提出利用以上调节结晶的方式最终制作出在模拟室内光照下的高性能钙钛矿太阳能电池。

发明内容

要解决的技术问题：传统钙钛矿太阳能电池在制备过程中采用的是低温溶液处理法，该工艺在退火过程时的快速结晶，导致薄膜缺陷过多。为了改善这一情况，本发明的目的在于提供一种非卤素铅掺杂的钙钛矿薄膜、制备方法及其应用。其主要内容是将该非卤化铅化合物掺杂入钙钛矿薄膜中，从而减缓钙钛矿材料的成核生长过程，从而获得更高结晶质量的薄膜，进而提升器件性能，尤其用于室内钙钛矿太阳能电池方面，具有重要的应用前景。

为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种非卤素铅掺杂的钙钛矿薄膜，所述的钙钛矿薄膜由钙钛矿前驱体溶液添加草酸铅制备而成。

进一步的，所述草酸铅的掺杂浓度为0.03-0.2%。

进一步的，所述草酸铅由稀盐酸溶液配置而成。

一种非卤素铅掺杂的钙钛矿薄膜的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

将配置好的草酸铅溶液加入钙钛矿前驱体溶液中，将混合的钙钛矿前驱体溶液旋涂于基片上，再对旋涂后的基片进行退火处理，得到钙钛矿薄膜。

进一步的，所述旋涂过程分为两个阶段，2000 r/min旋涂20 s，随后4000 r/min旋涂40 s，在第二阶段的20-25 s滴加反溶剂。

进一步的，钙钛矿薄膜旋涂结束后放置1-5 min，随后在100-110℃条件下退火10-15 min。

本发明所述的钙钛矿薄膜在制备钙钛矿太阳能电池中的应用，所述的钙钛矿太阳能电池中包括室内钙钛矿太阳能电池。

进一步的，所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法包括以下步骤：