[发明专利]基于籽晶诱导生长钙钛矿薄膜的反式太阳能电池制备方法

说明书

本发明公开了一种基于籽晶诱导生长钙钛矿薄膜的反式太阳能电池制备方法。本发明的籽晶溶液的化学通式为CsPbBr₃/DMSO，该籽晶溶液中包含着自分散的CsPbBr₃小晶格或籽晶，可添加进入钙钛矿前驱体溶液中通过籽晶诱导生长制备钙钛矿薄膜。本发明可实现钙钛矿自下而上的结晶生长过程，实现大尺寸的贯穿晶；并有效抑制甲脒基钙钛矿在室温环境中易发生α光伏相转变为δ相，可得到长期稳定的钙钛矿薄膜。本发明还使用该籽晶溶液制备一种反式(p‑i‑n)结构的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其兼容于其他功能层中低温退火工艺，可以实现全过程低温化(≦100℃)制备反式钙钛矿太阳能电池。

技术领域

本发明属于钙钛矿太阳能电池领域，涉及通过一种籽晶诱导生长钙钛矿薄膜，并将其应用于反式结构的钙钛矿太阳能电池制备中。

背景技术

钙钛矿太阳能电池作为一种新型的太阳能电池技术，其中钙钛矿材料具有光电性能优异，可溶液加工，较高的缺陷态容忍性，充分表现出电池加工成本低廉、规模化生产优势。然而在钙钛矿电池发展过程中一直面临着所制备的钙钛矿薄膜质量差，含有甲铵(MA)组分的钙钛矿在工作偏压下甲铵离子迁移所导致的迟滞效应及器件不稳定性问题。因此，如何获得结晶度高、低缺陷、无甲铵、可控化制备甲脒基钙钛矿薄膜是关键问题。

一种以无甲铵(MA)组分的FAPbI₃钙钛矿，其中FA为甲脒HC(NH₂)₂，甲脒基钙钛矿初步被认为是一种高效的钙钛矿组分候选者，由于其理论计算光学带隙在1.45eV左右，是最为接近Shockey-Queisser极限理论带隙值之一。然而，FAPbI₃钙钛矿在低于150℃温度区间，会经历从黑色α光伏相转变为黄色δ相；导致钙钛矿光失活，进而影响器件的效率。因此，若能在室温环境温度区间内稳定α相FAPbI₃钙钛矿对太阳能电池的制造具有重要意义。

单晶硅太阳能电池制备过程中，通过提拉法将硅熔体在籽晶周围生长出三维方向上取向相同的单晶硅材料，所形成的位错、缺陷浓度很低，应用于光伏器件中有效降低载流子复合，表现出优异的光伏性能。借鉴这一想法，本发明采用了一种籽晶诱导生长法制备甲脒基钙钛矿薄膜，获得高结晶度且可在室温环境下稳定其α相。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述技术问题中甲脒基钙钛矿结晶质量不佳，并在在室温环境中易发生α光伏相转变为δ相的问题，从而提出了一种基于籽晶诱导生长钙钛矿薄膜的反式太阳能电池制备方法。

本发明所采用的具体技术方案如下：

第一方面，本发明提供了一种基于籽晶诱导生长钙钛矿薄膜的反式太阳能电池制备方法，其包括：

S1、将CsPbBr₃纳米晶体分散在二甲基亚砜溶剂中得到自分散籽晶溶液，将碘化铅PbI₂和碘化甲脒FAI溶解于二甲基甲酰胺DMF溶液中得到FAPbI₃前驱体溶液，将FAPbI₃前驱体溶液与自分散籽晶溶液混合，形成含籽晶钙钛矿前驱体溶液，静置老化；

S2、在ITO衬底表面制备空穴传输层，然后将静置老化后的含籽晶钙钛矿前驱体溶液成膜于空穴传输层之上形成钙钛矿薄膜，钙钛矿薄膜经过退火处理后作为吸光层；

S3、将在吸光层上蒸镀C₆₀材料，形成电子传输层；

S4、在电子传输层上蒸镀浴铜灵材料，形成空穴阻挡层；

S5、在空穴阻挡层上蒸镀金属材料，形成背电极层。