[发明专利]一种基于气氛调控无机钙钛矿太阳能电池的制备方法

说明书

一种基于气氛调控无机钙钛矿太阳能电池的制备方法。其包括以下步骤：（1）清洗透明FTO导电玻璃，得到透明导电衬底；（2）在步骤（1）所得透明导电衬底上制备电子传输层；（3）在特定气氛下，将无机钙钛矿前驱体溶液滴加到步骤（2）所得电子传输层上，旋涂成膜，并在特定气氛下热处理，得电子传输层/无机钙钛矿薄膜；（4）在步骤（3）所述特定气氛下，于步骤（3）所得电子传输层/无机钙钛矿薄膜上制备空穴传输层，得到电子传输层/无机钙钛矿薄膜/空穴传输层；（5）通过蒸发镀膜法将对电极沉积在（4）所得的电子传输层/无机钙钛矿薄膜/空穴传输层上，得到无机钙钛矿太阳能电池。本发明制备钙钛矿太阳能电池具有优异的环境稳定性。

技术领域

本发明属于有机光电-太阳能电池领域，具体涉及一种基于气氛调控无机钙钛矿太阳能电池的制备方法。

背景技术

有机-无机钙钛矿太阳能电池由于效率高、成本低、工艺简单以及环境友好，已成为了光电器件领域的研究热点。目前，该类太阳能电池转化效率已达到25.2%，显示了极高的发展应用潜力。尽管作为一种新型的电池，有机-无机钙钛矿太阳能电池所取得的光电转换效率已远远超过其他类型的新概念太阳能电池，而且仍具有很大的提升空间，但其稳定性却离实际应用的期望甚远。其中钙钛矿吸光材料CH₃NH₃PbX₃（X=I, Br, Cl）对光热以及水氧等极其敏感，易分解，使得该类器件的稳定性差，限制了钙钛矿太阳能电池的实用化。同时传统结构中的有机空穴传输层、电子传输层也同样不稳定，因此如何提高器件整体的稳定性是目前研究的重点之一。

研究者利用稳定的无机阳离子来取代传统无机-有机钙钛矿形成了CsPbX₃（X=I、Br）无机钙钛矿吸光材料。由于其优越的热稳定及光电性能，无机钙钛矿太阳能电池近年来越来越受关注。目前多数的无机钙钛矿还是采用Pb基钙钛矿，其中X位的I原子可以被Br取代，根据被Br取代的数目可以分为分CsPbI₃、CsPbI₂Br、CsPbIBr₂ 、CsPbBr₃这四种类型的无机钙钛矿吸光材料。有研究表明CsPbI₃及CsPbBr₃可以在接近其熔点的460℃保持稳定的结构与组成。无机钙钛矿对温度及光照的稳定性有很大提高，其中的Pb与I也不会分解析出。但由于晶体热力学性质的原因，无机钙钛矿晶体在不同温度下会呈现出不同的晶体结构。CsPbI₃钙钛矿在不同温度下会存在不同类型的晶型：在360 ℃时为黑色的α相，在260 ℃时为黑色的β相，在175 ℃时为黑色的γ相，25 ℃时为黄色的δ相。将温度加热至300 ℃以上是又会回到黑色的α相。其中δ相为非钙钛矿相，不能用作吸光材料。尽管无机钙钛矿太阳能电池的相比于传统有机-无机钙钛矿太阳能电池具有更好的热稳定性，但其湿稳定性仍需进一步提高。

尽管对提高无机钙钛矿太阳能的电池稳定性技术方案仍较多，如CN110862702A公开一种一种无铅锡基卤化物钙钛矿薄膜太阳能电池，其采用锡基卤化物替代铅基卤化物，该铅基卤化物钙钛矿薄膜具有成膜性好，结晶性高，稳定性好的特点，可制得环境友好且稳定性和光电转换效率较高的无铅钙钛矿太阳能电池。CN109148642A公开一种无机钙钛矿薄膜的制备方法，该方法通过将过量碘化铯作为添加剂加入到无机钙钛矿溶液中来沉积高质量无机钙钛矿薄膜的方法，使得采用该无机钙钛矿薄膜制备的器件不仅具有较高的光电转化效率，还具有优异的环境稳定性。同时，还具有多个向前驱体溶液中加入添加剂，进而修饰薄膜的技术方案，用于提高无机钙钛矿电池的环境稳定性。但无论采用何种方案，其无机钙钛矿薄膜的退火过程一般都需要在惰性气体氛围下进行，操作过程中复杂。目前，暂无对无机钙钛矿薄膜退化气氛的研究，但CN106128954A公开了一种提升钙钛矿结晶性的方法，其通过将钙钛矿薄膜在二甲基亚砜气氛内退火，该退火方式有利于提高薄膜的结晶性能，提高光电转换效率，但并无对稳定性的积极影响。

发明内容