[发明专利]一种弱磁场作用的磁性钙钛矿薄膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种弱磁场作用的磁性钙钛矿薄膜的制备方法，首先在FTO导电玻璃基底上制备ZnO纳米棒阵列薄膜，再采用溶胶‑凝胶法在其上包覆TiO₂，获得ZnO@TiO₂纳米棒阵列薄膜；之后采用两步连续溶液沉积法，先在上述薄膜表面旋涂PbI₂前驱体溶液，再浸入CoI₂‑CH₃NH₃I异丙醇溶液中反应，之后对薄膜进行退火处理的同时施加弱磁场作用，制得弱磁场作用的CH₃NH₃Pb_0.9Co_0.1I₃薄膜；本发明通过弱磁场作用对CH₃NH₃Pb_0.9Co_0.1I₃钙钛矿进行改性，可以明显改善相应电池的光伏性能、湿度稳定性、热稳定性和光稳定性，有利于推动其商业化。

技术领域

本发明属于太阳能电池的制备技术领域，具体涉及钙钛矿太阳能电池光吸收层的制备方法，尤其涉及一种弱磁场作用的磁性钙钛矿薄膜的制备方法。

背景技术

钙钛矿由于具有优异的电荷输运特性、长载流子扩散长度、全光谱吸收和高吸收系数等光电特性，在太阳能电池领域引起了广泛的关注。这些优点使它们能够有效地捕获光子并实现光电转换。自2009年以来，有机-无机杂化钙钛矿型太阳能电池发展迅速，其光电转换效率(PCE)从3.8％迅速提高到25.5％。然而，有机-无机杂化钙钛矿极易受空气中水分、光、热、氧等因素的影响，导致钙钛矿材料的分解。因此，钙钛矿型太阳能电池的长期稳定性受到抑制，成为钙钛矿型太阳能电池进一步商业化的主要瓶颈。为了解决这个问题，本发明通过在钙钛矿中掺杂磁性钴离子，施加弱磁场作用，改善了钙钛矿薄膜及相应太阳能电池的稳定性，为提高钙钛矿型太阳能电池的性能提供了一种新的思路，为促进钙钛矿型太阳能电池的商业化提供了有价值的参考。本发明的研究结果表明，改善了CH₃NH₃PbI₃钙钛矿薄膜的形貌、结构、光学性能、稳定性以及相应器件的稳定性。

发明内容

本发明的目的是提供一种改善钙钛矿太阳能电池稳定性的方法，该方法的核心是一种弱磁场作用的磁性钙钛矿薄膜的制备方法，该方法制得的钙钛矿薄膜应用于太阳能电池可以有效提升器件稳定性，促进其商业化的进程。

本发明的弱磁场作用的磁性钙钛矿薄膜的制备方法，可以包括以下步骤：

(1)将质量浓度为0.005g/mL～0.007g/mL的醋酸锌的乙醇溶液，旋涂95μL～105μL到经过紫外臭氧处理的FTO导电玻璃基底上，按3000r/min旋涂30s，旋涂3次，然后在150℃退火15min；再重复上述过程按3000r/min旋涂30s，旋涂3次，150℃退火15min；最后按3000r/min旋涂30s，旋涂3次，350℃退火45min,得到了以FTO导电玻璃为基底的ZnO种子层。

(2)将25mM～100mM的Zn盐水溶液和质量浓度0.001～0.006g/mL的聚乙烯基吡咯烷酮水溶液按Zn²⁺/聚乙烯基吡咯烷酮摩尔比为1：2～2：1混合，得到混合溶液；

(3)在步骤(2)制备的混合溶液中加入氨水，调节pH值为9～11，得到生长液。

(4)将步骤(1)制备的以FTO导电玻璃为基底的ZnO种子层水平倒置在悬挂架上浸入步骤(3)制备的生长液中，95℃-105℃水浴反应4-12min，用去离子水冲洗干净，N₂吹干，得到基片。

(5)将步骤(4)取出的基片放在刚玉舟上，置入管式炉中，在O₂流量为10-50mL/min下，以5℃/min的加热速率从室温升温到350℃-450℃，氧化烧结10min～60min。

(6)将步骤(5)处理过的基片自然降温至室温后，用去离子水中反复漂洗，于空气中晾干，得到以FTO导电玻璃为基底的ZnO纳米棒阵列薄膜。