[发明专利]一种基于溶液法制备钙钛矿薄膜的方法、钙钛矿薄膜与应用

说明书

本发明属于薄膜太阳电池领域，公开了一种基于液相法的钙钛矿薄膜的制备方法。所述方法具体为：将钙钛矿前驱体溶液沉积在衬底上形成液膜，然后在热台上放置一个导热模块，并将衬底悬浮于热台上进行烘烤，当钙钛矿薄膜衬底上的颜色逐渐加深后，取下衬底并放置在热台表面上进行退火处理，获得钙钛矿薄膜。本发明通过对衬底中心位置的热台上放置一个导热模块，从而增强了衬底在中心区域的烘烤温度，从而使衬底上边缘区域和中心区域上的钙钛矿晶核同时析出，改善了由于晶核析出存在滞后现象而引起的薄膜不均匀性问题。同时该方法可调整导热模块的尺寸及形状，从而保证衬底的中心区域不会由于衬底尺寸的增大，而造成晶核析出的滞后。

技术领域

本发明属于薄膜太阳电池器件领域，具体涉及一种基于溶液法制备钙钛矿薄膜的方法、钙钛矿薄膜与应用。

背景技术

近些年来，随着工业发展以及人口的增长，全球能源的需求不断增大，这就造成对化石能源的依赖增大，但是传统的化石能源的燃烧会造成严重的环境污染以及能源危机。因此，可再生能源的开发与利用一直受到人们的广泛关注，其中太阳能是一种取之不尽，用之不竭的绿色的可再生能源，太阳电池就是将太阳能直接转化为电能的光伏器件。目前，产业化占据主导地位的为晶硅太阳电池，但是由于其生产过程中仍然会产生污染，此外其复杂的制备工艺仍然限制了成本的降低，因此开发新型高效、低成本太阳电池仍然任重而道远。钙钛矿太阳电池是以钙钛矿材料为吸收层的一种新型太阳电池技术，得益于其低廉的制备成本、灵活多变的制备工艺以及快速提升的能量转换效率，已经受到了越来越多的关注。钙钛矿薄膜的制备方法大体上可以分为：溶液法、气相法和气相辅助液相方法等。其中液相法，操作简单，是目前使用最为广泛的钙钛矿薄膜制备方法。液相法又包括旋涂法，刮涂法，丝网印刷法以及喷墨打印法等，其中旋涂法又因其制备工艺简单，局域成膜均匀性高等特点被广泛采用。基于旋涂法开发的反溶剂法，即采用不良溶剂，例如：氯苯，乙醚等，促使钙钛矿晶核从溶剂中析出，再经过退火过程，使得溶剂快速挥发，晶体沿着晶核长大从而覆盖满整个衬底，形成致密全覆盖的钙钛矿薄膜。但是，反溶剂方法所适用的工艺窗口较窄，对衬底的尺寸，反溶剂滴加的时间以及反溶剂添加量比较敏感，最终造成重现性差的问题。针对这个问题，两步控温法，即引入一个低温加热的过程，在这个过程中，随着溶剂的缓慢挥发，部分钙钛矿晶核析出，可以达到与反溶剂相似的效果，随后再经过高温退火，同样可获得高致密、全覆盖的钙钛矿薄膜。但是，该方法由于低温下热场分布的不均匀性，导致衬底上各区域存在着晶核析出不同步现象，这就导致该问题随着衬底尺寸的扩大会更加突出，因此开发新的两步控温方法，从而适用于大尺寸衬底上钙钛矿薄膜的制备具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的首要目的是提供一种基于溶液法制备钙钛矿薄膜的方法。采用这种制备方法可以在大面积衬底上获得均匀的钙钛矿薄膜。

本发明另一目的在于提供上述方法制备得到的钙钛矿薄膜。

本发明再一目的在于提供上述钙钛矿薄膜在太阳电池中的应用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种基于溶液法制备钙钛矿薄膜的方法，包括以下步骤：

将钙钛矿前驱体溶液沉积在衬底上形成液膜，然后在热台上放置导热模块，并将衬底悬浮于热台上进行烘烤，当钙钛矿薄膜衬底上的颜色逐渐加深后，取下衬底并放置在热台表面上进行退火处理，获得钙钛矿薄膜。

优选的，所述钙钛矿前驱体溶液中的溶质为PbI₂、PbBr₂、InCl₃、CsI和甲脒碘化物(FAI)中的至少一种。所述钙钛矿前驱体溶液中的溶剂为二甲基亚砜、二甲基甲酰胺(DMF)和γ-羟基丁酸内酯(GBL)中的至少一种。

优选的，所述钙钛矿前驱体溶液的中各溶质的浓度独立地为0.5～1000mg/mL；更优选为1～800mg/mL。

优选的，所述衬底通过如下方法制备得到：将含电荷传输层材料的有机溶液旋涂于透明导电玻璃上并干燥，得到衬底。