[发明专利]一种制备钙钛矿薄膜的方法

说明书

本发明属于半导体光电器件领域，具体涉及一种制备钙钛矿薄膜的方法，及其利用方法所得钙钛矿薄膜在制备太阳能电池等光电器件中的应用。于0℃—100℃低温下，向钙钛矿前驱体溶液中引入有机胺盐添加剂获得前驱液，并将其涂覆在基底表面，使其于基底表面上形成前驱体薄膜，形成薄膜后0℃—100℃低温下将基底浸入反应溶剂中进行浸出反应，使前驱体薄膜形成钙钛矿薄膜。本发明方法实现了在低温下制备高质量，高结晶性的无机钙钛矿薄膜。本发明也提供了上述钙钛矿薄膜制备方法在钙钛矿太阳能电池中的应用实例。

技术领域

本发明属于半导体光电器件领域，具体涉及一种制备钙钛矿薄膜的方法，及其利用方法所得钙钛矿薄膜在制备太阳能电池等光电器件中的应用。

背景技术

能源短缺与环境污染是当今人类世界面临的两大难题，取之不尽用之不竭的太阳能是一种较为理想的可再生能源。钙钛矿太阳能电池(PSCs)等第三代太阳能电池技术具有低成本、高效率、易组装及柔性等优势。自2009年钙钛矿材料应用于太阳能电池以来，钙钛矿太阳能电池的光电转换效率迅速上升到25％以上，但由于有机组分的存在使得钙钛矿存在热不稳定的情况，使用无机材料(CsPbI₃)来替代有机材料便成为了提高钙钛矿稳定性的一种有效的方法。

目前，采用Cs取代或部分取代钙钛矿中的有机组分，制备基于CsPbI₃的PSCs是相关研究的主流。无机CsPbI₃ PSCs于2015年首次制备成功。CsPbI₃ PSCs通过对多晶非钙钛矿δ-CsPbI₃在335℃退火，获得了2.9％的光电转换效率。这种方法得到的黑色钙钛矿相在湿度或热应力下容易自发转变为δ-CsPbI₃。采用氢碘酸(HI)添加剂可以在低温下合成了黑色钙钛矿相CsPbI₃，但其光电转换效率(PCE)仍然低于10％。随后，用二甲基碘(DMAI)或‘HPbI₃’与DMAI添加剂相关的方法被证明在稳定钙钛矿相方面更有效，并获得了超过19％的PCE。然而，它们的制造温度通常在180-210℃的范围内，并且过高的制备温度会限制无机钙钛矿材料的应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种低温制备钙钛矿薄膜的方法，及其利用方法所得钙钛矿薄膜在制备太阳能电池等光电器件中的应用。

为实现上述目的，本发明采用技术方案为：

一种制备钙钛矿薄膜的方法，于0℃—100℃低温下，向钙钛矿前驱体溶液中引入有机胺盐添加剂获得前驱液，并将其涂覆在基底表面，使其于基底表面上形成前驱体薄膜，形成薄膜后0℃—100℃低温下将基底浸入反应溶剂中进行浸出反应，使前驱体薄膜形成钙钛矿薄膜。

所述基底表面涂覆前驱液后于50℃—100℃低温下退火，使基底表面上形成前驱体薄膜；浸出反应后取出基底于50℃—100℃低温下退火0-60min，进而使得基底表面形成钙钛矿薄膜。

上述基底表面形成钙钛矿薄膜中无机钙钛矿材料的物质成分，根据形成薄膜的应用条件，控制浸出反应的时间，若应用环境需要，薄膜中含纯无机将反应时间延长，若反应时间短即薄膜中含有添加剂中阳离子。

所述钙钛矿薄膜中无机钙钛矿材料的结构式为ABX₃；其中，A为Cs⁺或Cs⁺与Ru⁺，K⁺，Na⁺，Li⁺的混合，二甲胺离子(DMA⁺)，甲脒离子(FA⁺)，甲胺离子(MA⁺)，乙胺离子(EA⁺)中的一种或多种混合；B为Pb²⁺和/或Sn²⁺；X为I^-、Br^-、Cl^-中的一种或多种。