[发明专利]制备钙钛矿薄膜的方法、钙钛矿薄膜和钙钛矿太阳能电池

说明书

本发明公开了制备钙钛矿薄膜的方法、钙钛矿薄膜和钙钛矿太阳能电池。其中，制备钙钛矿薄膜的方法包括：提供基底；在所述基底的至少部分表面制备含铅薄膜，所述含铅薄膜由铅氧化物或铅铯氧化物形成；将有机氢卤酸盐与溶剂混合，得到前驱液；将所述前驱液施加至所述含铅薄膜，并进行退火处理，得到所述钙钛矿薄膜。该方法具有不依赖基底平整度、生产效率高，制备得到的钙钛矿薄膜晶粒尺寸大、择优取向、结晶度高等优点。

技术领域

本发明涉及太阳能电池领域，具体而言，本发明涉及制备钙钛矿薄膜的方法、钙钛矿薄膜和钙钛矿太阳能电池。

背景技术

太阳能是一种清洁无污染的可再生能源，如果人类能够充分利用太阳能资源，将对人类社会可持续发展具有重要意义。近年来，基于无机-有机杂化钙钛矿新型太阳能电池因其制备成本低、光电转换效率提升快而受到全世界的关注。而人类真正实际应用钙钛矿太阳能电池，仍有许多问题亟待解决，如钙钛矿电池的稳定性问题和大面积制备及其工艺稳定性等问题。

目前制备钙钛矿太阳电池的方法有很多，如旋涂法、真空法、刮涂法、丝网印刷法及喷雾热解法等。如果从钙钛矿膜层的制备过程来分，则可大致分为溶液法和真空法。溶液法是指把钙钛矿的前驱体材料全部溶解在溶剂中，通过旋涂法、刮涂法、丝网印刷法、喷雾热解法或狭缝涂布法(slot-die)等制备钙钛矿膜层；而真空法则是通过热蒸发法、溅射法或近空间升华法等在真空状态下把钙钛矿的前驱体材料直接制备到衬底上，全程没有溶剂参与。

溶液法制备PbI₂膜层一般是把PbI₂粉末溶于N,N-二甲基甲酰胺(DMF)及二甲基亚砜(DMSO)中，通过溶液涂膜再退火制备PbI₂膜层。溶液法很难在粗糙或有缺陷的衬底上实现完全覆盖，因此并不适合在绒面基底及不平整基底上制备均匀的PbI₂膜层。而工业化生产大面积钙钛矿膜层所用的导电玻璃，其面积放大后，表面不可避免存在一些凸起或凹坑等缺陷，用溶液法很难保证形成全部均匀无孔的大面积PbI₂膜层。真空法可在不同粗糙度或形貌的衬底上保形沉积的膜层，但是传统的真空蒸镀工艺，生产节拍慢，材料利用率低，不利于大面积的工业化生产。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出制备钙钛矿薄膜的方法、钙钛矿薄膜和钙钛矿太阳能电池。其中，制备钙钛矿薄膜的方法具有不依赖基底平整度、生产效率高，制备得到的钙钛矿薄膜晶粒尺寸大、择优取向、结晶度高等优点。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种制备钙钛矿薄膜的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：提供基底；在所述基底的至少部分表面制备含铅薄膜，所述含铅薄膜由铅氧化物或铅铯氧化物形成；将有机氢卤酸盐与溶剂混合，得到前驱液；将所述前驱液施加至所述含铅薄膜，并进行退火处理，得到所述钙钛矿薄膜。

根据本发明上述实施例的制备钙钛矿薄膜的方法，首先在基底的至少部分表面制备由铅氧化物或铅铯氧化物形成的含铅薄膜。该步骤中，优选采用磁控溅射法制备含铅薄膜。磁控溅射法制备含铅薄膜不依赖基底的平整度，可在绒面基底及具有较大粗糙度的基底上大面积制备均匀的含铅薄膜；同时，磁控溅射法升温和降温的过程，溅射沉积速度快、生产效率高。进一步地，将含有钙钛矿有机组分的前驱液施加至含铅薄膜，由于含铅薄膜具有疏松多孔的特点，前驱液可充分渗入至其内部，保证反应完全，进而经退火处理，可形成晶粒尺寸大、择优取向、结晶度高的钙钛矿薄膜。

另外，根据本发明上述实施例的制备钙钛矿薄膜的方法还可以具有如下附加的技术特征：