[发明专利]一种钙钛矿光吸收层及其制备方法

说明书

一种钙钛矿光吸收层及其制备方法，该方法以C₆H₇N₂Br₂和CuBr₂为前驱体，先利用机械研磨法使两种固相充分反应，制备出黑色C₆H₇N₂CuBr₄粉末，然后配置C₆H₇N₂CuBr₄悬浮液，利用简单的一步溶液法在FTO基体上制备出C₆H₇N₂CuBr₄薄膜。本发明所述的C₆H₇N₂CuBr₄化学组分中不含Pb元素，且结构式中含有疏水基团苯环，这使C₆H₇N₂CuBr₄薄膜在避免铅污染的同时，呈现了优良的环境稳定性。本发明操作简单，成本低廉，原料容易获取，为研究环境友好且稳定的钙钛矿光伏材料的发展提供了技术方案，所述的制备方法可以广泛应用于纳米材料合成、溶液法薄膜制备及太阳电池环境稳定性提升等领域。

技术领域

本发明属于太阳电池技术领域，具体涉一种钙钛矿光吸收层及其制备方法。

背景技术

钙钛矿型太阳能电池(Perovskite solar cells，PSCs)，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。钙钛矿由于独特的材料性质，例如良好的吸光性能，优异的电荷传输速率和电荷载流子扩散长度等优点，达到了高品质的产品性能与低成本制造工艺的完美结合，在短短几年时间内实现了前所未有的效率和稳定性提升，而成为“光伏领域的新希望”。通过科学家近十年的努力，钙钛矿电池的效率从2009年的3.9％提高到了2019年的22％以上。因此基于钙钛矿的太阳能电池也是近年来的研究热门领域。

虽然钙钛矿太阳能电池的种种得天独厚的优势使其在基础研究和商业化领域成为一匹黑马，但随着钙钛矿太阳能电池的快速发展，低价、高效、环保已然成为了钙钛矿类太阳能电池的新方向，Pb对环境的污染已经成为其中一个重要问题。另一方面，钙钛矿吸光层对于潮湿，高温和紫外线的环境不稳定性，也是一个重要问题，都亟待解决。

当前钙钛矿电池所面临的重要问题就是致癌性Pb的危害和环境不稳定性钙钛矿材料。因此，需要进一步探索环境友好和稳定聚光材料。一方面，解决毒性问题的重要方法就是用具有环保元素代替Pb。钙钛矿中用来替代铅的金属元素主要包含IVA族元素，例如Sn和Ge，VA元素，例如Bi和Sb和过渡金属Cu。作为与IVA组中的Pb相似的元素，Sn和Ge是替代Pb的最明显候选者。然而，锡基钙钛矿仍然遭受极端由于Sn²⁺氧化成Sn⁴⁺而导致的空气稳定性差，倾向于迅速分解暴露于环境空气中。同时，其它太阳能电池例如AgBi₂，其带隙大(例如2.1eV)，不适合于电池性能的高效化。除此之外，铜是一种环保，具有高成本效益，是我们日常生活中使用的金属元素。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种钙钛矿光吸收层及其制备方法，考虑铜基钙钛矿材料，与其他钙钛矿材料相比，涉及的Cu基材料具有两方面的优势，一方面，Cu基钙钛矿材料替代Pb基钙钛矿材料，可以解决致癌物Pb的毒性问题。另一方面，本专利中涉及的Cu基材料中疏水部分会很好地解决湿度不稳定，这将提高钙钛矿材料的环境稳定性，解决了现有技术中的钙钛矿太阳能电池的环境不稳定问题和致癌物Pb的毒性问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：