[发明专利]一种新型低维钙钛矿薄膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种低维钙钛矿薄膜的制备方法，包括以下步骤：手套箱中在衬底上旋涂含Pb⁺前驱体溶液，退火处理，即可在衬底表面制备得到钙钛矿薄膜；将所得钙钛矿薄膜放置到常温后旋涂FAI前驱体溶液，退火处理，得到(PA)₂(FA)_n‑1Pb_nI_3n+1低维钙钛矿薄膜，其中n为无机层层数，n＝1、2、3、4或5；本发明以两步法获得结晶度高、表面质量好的钙钛矿薄膜；该方法工艺简单、成本低廉，获得的薄膜表面光滑平整、结晶度高，将其应用于钙钛矿太阳能电池的吸光层稳定性好吸收好，最终获得性能优异且稳定的太阳能电池原型器件。

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种新型低维钙钛矿薄膜的制备方法。

背景技术

有机无机杂化材料CH₃NH₃PbX₃为钙钛矿晶型，是一种成本低廉、易成膜、窄带隙、吸光性能好、载流子迁移率高的双极性半导体材料,基于这类材料制备的薄膜太阳能电池被称为钙钛矿型太阳能电池。近几年来，钙钛矿太阳能电池的研究得到了快速发展,引起了国际上的广泛关注，钙钛矿太阳能电池也因此《Science》评选为2013年十大科学突破之一，短短九年时间其光电转换效率从3.8％提高到24.2％。

钙钛矿型太阳能电池有两大重要技术指标，包括电池的光电转换效率和电池的稳定性。近几年来,有关钙钛矿太阳能电池最高光电转换效率的研究报道不断呈现，但是关于钙钛矿太阳能电池稳定性的研究相对滞后,钙钛矿太阳能电池稳定性问题已经成为制约钙钛矿太阳能电池发展的瓶颈。不解决钙钛矿太阳能电池稳定性问题就无法实现高效率钙钛矿太阳能电池电池器件的可重复性制备；不解决钙钛矿太阳能电池稳定性问题，就无法实现钙钛矿太阳能电池电池器件的长寿命；没有钙钛矿太阳能电池电池器件的可重复性和长寿命，也就从根本上无法实现低成本高效率钙钛矿太阳能电池的产业化及应用。

在探索如何解决钙钛矿太阳能电池长期稳定性的基础上，研究者发现低维 (Low-Dimensional)钙钛矿具有比三维钙钛矿更为优异的湿度稳定性，低维钙钛矿也因此逐渐发展起来；低维层状钙钛矿材料通式为(R-NH₃)₂A_n-1M_nX_3n+1(其中R-NH₃＝C₆H₅C₂H₄NH₃⁺、 C₄H₉NH₃⁺等，A＝MA⁺、FA⁺或Cs⁺,M＝Pb⁺or Sn⁺,X＝Cl^—、Br^—或I^—)与三维钙钛矿材料相比，低维钙钛矿材料是在三维钙钛矿中引入长链的有机间隔阳离子R-NH₃，当每两层钙钛矿层间插入一层有机层时称为二维钙钛矿结构，这样的结构可以减缓水分子的侵入，故低维钙钛矿比三维钙钛矿具有更好的湿度稳定性；当前，对应用于低维钙钛矿的R-NH₃有机物研究主要集中在C₆H₅C₂H₄NH₂(PEA)和n-C₄H₉NH₂(n-BA)，近几年研究者们也在不断地开展研究其他有机阳离子例如n-C₆H₁₃NH₃⁺，n-CH₃(CH₂)₂NH₃⁺，iso-C₄H₉NH₃⁺，CH₃(CH₂)₂NH₃⁺(PA⁺)。但现在制备的大多数低维钙钛矿太阳能电池因为量子限域等原因，光电转换效率都不够高，因此我们需要不断探索其他种类的有机物材料来得到更高效率。