[发明专利]溶剂蒸发诱导控制BiI3

说明书

本发明提出一种溶剂蒸发诱导控制BiI₃薄膜取向制备高效MA₃Bi₂I₉钙钛矿太阳电池方法，首先，通过将BiI₃的DMF前体溶液旋涂到已沉积了TiO₂的氟掺杂氧化锡(FTO)基底上以制备BiI₃薄膜，随后，将制备的BiI₃湿膜置于手套箱室温密闭容器中。由于容器中的密封条件，从湿膜中蒸发出来的DMF会产生DMF氛围从而大大降低其蒸发速率。通过减缓DMF蒸发成功制备具有(113)和(300)择优取向；同时(003)晶面弱化的BiI₃薄膜。随后，所制备的BiI₃薄膜与MAI反应形成MBI薄膜。由于BiI₃(003)晶面的生长受到限制，MBI的(006)晶面也得以有效地受到限制，与(006)择优取向的MBI薄膜制备的器件相比，这更有利于载流子传输。

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，具体涉及一种溶剂蒸发诱导控制BiI₃薄膜取向制备高效MA₃Bi₂I₉钙钛矿太阳电池方法。

背景技术

近年来，基于钙钛矿材料的光电性能和器件结构的改善，钙钛矿太阳能电池(PSCs)的效率(PCE)已从3.9％迅速提高到25.7％。然而，由于钙钛矿中PbI₆八面体容易发生倾斜和Pb²⁺和毒性大大限制了其市场应用的前景由于存在PbI₆，因此，开发无毒/低毒的非铅钙钛矿材料具有十分重要的科学和应用价值。在众多的非铅元素中，Sn²⁺和Bi³⁺替代Pb²⁺被作为一种制备环境友好型钙钛矿太阳电池有效途径，引起了广泛的关注。目前，锡基钙钛矿已经实现了14.6％的效率。然而，锡基钙钛矿中Sn²⁺极易被氧化为Sn⁴⁺，最终导致其光电效率较低。最近，铋基钙钛矿MA₃Bi₂I₉(MBI)由于其特别优异的光电性能和在环境中的高稳定性而备受关注。大量相关研究报道了MBI钙钛矿太阳能电池，并且其效率最高已达到3.17％。MBI钙钛矿薄膜的制备方法最初是从含铅钙钛矿体系演变而来，主要有一步或两步溶剂法。Park.B.W等人首次通过一步溶液法制备了含有晶粒交叉的MBI薄膜，并实现了0.12％的效率。Shin.S.S等人通过Bi与DMF形成Bi-DMF复合物制备了表面均匀、孔洞较少的MBI薄膜。然而，由于溶液法制备MBI薄膜的快速结晶导致形成具有大量晶粒交叉较差的形貌，这会抑制载流子在钙钛矿薄膜中的传输。为了解决MBI薄膜的快速结晶问题，蒸气辅助溶液法(VASP)被应用于制造MBI薄膜。与传统的溶液工艺相比，气相沉积可以降低BiI₃和CH₃NH₃I(MAI)之间过快的插层反应速率，避免在溶液法过程中产生不良的结构转变，从而优化钙钛矿的表面形貌。Ran等人开发了一种两步法，通过热蒸发BiI₃后旋涂MAI溶液来制备均匀且无针孔的MBI薄膜，所得器件的PCE为0.39％，开路电压高达0.83V。张等人通过BiI₃和MAI真空沉积的无溶剂接触方法获得了高度致密且均匀的MBI薄膜，最终实现了1.64％的效率。Jain等人利用BiI₃晶粒作为成核中心与CH₃NH₂(MA)和HI蒸气反应并制备了具有均匀表面覆盖的MBI钙钛矿薄膜，取得了创纪录的3.17％的最高效率。