[发明专利]一种降低有机-无机杂化钙钛矿薄膜离子迁移的方法

说明书

本发明属于提高材料稳定性的方法，具体涉及一种降低有机‑无机杂化钙钛矿薄膜离子迁移的方法。在制备有机‑无机杂化钙钛矿薄膜过程中于前驱体中加入添加剂；或，在形成的有机‑无机杂化钙钛矿薄膜后于其表面形成添加剂薄膜。本发明通过在钙钛矿薄膜中引入硼酸及其衍生物的小分子或者高分子，可有效提高了钙钛矿薄膜的离子迁移势垒，提高了薄膜和相应器件的稳定性；所采用的材料成本较低，在工艺上容易实现。

技术领域

本发明属于提高材料稳定性的方法，具体涉及一种降低有机-无机杂化钙钛矿薄膜离子迁移的方法。

背景技术

钙钛矿太阳能电池作为新一代的光伏器件，近年来受到相关领域科研人员的关注与研究。有机-无机杂化钙钛矿材料作为钙钛矿太阳能电池的吸光层，具有载流子扩散长度较长、禁带宽度较小、吸光系数优异等特点，目前其光电转换效率已达到25％以上。然而，目前的瓶颈问题之一是其稳定性问题。影响器件稳定性的因素有很多，其中一重要原因是其离子迁移特性，其一方面给材料带来缺陷，形成光电复合中心；另一方面加速了相分离，使材料丧失优异的电转换特性。此外，离子迁移也给钙钛矿材料的载流子传输层带来了很致命的影响，如碘离子的迁移会腐蚀金属电极，使铝、银等电极材料很难应用到正式器件结构中。因此，解决钙钛矿材料当中的离子迁移问题，无论对提高器件的光电转换效率还是对提高器件的长期工作寿命，以及降低器件制备成本都是至关重要的。

离子迁移早在几年前就被发现，但仍缺乏有效的解决方案。通常采用材料界面阻隔层来限制离子迁移，如引入二维钙钛矿结构、致密氧化物层等。这类方法可以有效限制离子的迁移，很好的保护的电极的稳定性，但是仍不能限制钙钛矿材料内部的离子迁移，对器件稳定性的提升作用有限。于是，开发更为有效的限制薄膜材料内部离子迁移的途径是极为重要的，这也是实现其将来产业化所必须解决的首要问题之一。

发明内容

本发明的目的是提供一种降低有机-无机杂化钙钛矿薄膜离子迁移的方法。

为实现上述目的，本发明采用技术方案为：

一种降低有机-无机杂化钙钛矿薄膜离子迁移的方法，在制备有机-无机杂化钙钛矿薄膜过程中于前驱体中加入添加剂；或，在形成的有机-无机杂化钙钛矿薄膜后于其表面形成添加剂薄膜；

其中，添加剂为硼酸、硼酸衍生物小分子物质、硼酸衍生物高分子物质中的一种或几种。

优选：

在钙钛矿前驱体溶液中加入添加剂充分溶解后再进行薄膜的制备与热处理，提高钙钛矿薄膜中碘离子的迁移势垒；

或，在有机-无机杂化钙钛矿薄膜的上表面制备含有硼酸及其衍生物的小分子或者高分子薄膜，进而通过后续热处理的方式，使含有硼酸及其衍生物的小分子或者高分子扩散到钙钛矿薄膜晶界中，提高钙钛矿薄膜中碘离子的迁移势垒。

所述添加剂于钙钛矿薄膜中钙钛矿(ABX₃)的摩尔比为0.01到10％。

所述薄膜的热处理温度为80-150℃。

再优选为：

在有机-无机钙钛矿溶液中加入添加剂，旋涂制备薄膜并加热到80-150℃，进而组装电池器件，电池器件的稳定性得到明显提升；所述添加剂于钙钛矿薄膜中钙钛矿(ABX₃)的摩尔比为0.01到10％。

再优选为：

在有机-无机钙钛矿溶液中加入添加剂，旋涂制备薄膜并加热到120-150℃，进而组装电池器件，电池器件的稳定性得到明显提升；

所述添加剂于钙钛矿薄膜中钙钛矿(ABX₃)的摩尔比为3％-6％。

所述添加剂为含有-B-OH或-B-O-R基团。