[发明专利]一种降低锡基钙钛矿薄膜表面Sn4+

说明书

本发明公开一种利用原位生长甲脒盐酸盐(FACl)分子降低锡基钙钛矿薄膜ASnI₃(其中A为甲脒(FA)、甲胺(MA)、Cs及其二元与三元混合物)表面四价锡离子(Sn⁴⁺)浓度的方法。本发明通过发现在锡基钙钛矿薄膜表面原位生长甲脒盐酸盐(FACl)分子可以与薄膜表面自发形成的四碘化锡(SnI₄)组分形成配合物，配合物的挥发温度明显低于后续退火处理的温度，可以有效去除锡基钙钛矿薄膜表面自发形成的Sn⁴⁺。利用本发明可以有效降低锡基钙钛矿薄膜表面Sn⁴⁺的浓度，提高薄膜的结晶度同时大幅降低缺陷态密度，利用此方法制备的锡基钙钛矿薄膜具有优越的光电性能。

技术领域

本发明属于锡基钙钛矿太阳能电池领域，具体涉及一种降低锡基钙钛矿薄膜表面Sn⁴⁺浓度的方法。

背景技术

钙钛矿太阳能电池因其成本低廉，制备工艺简单的优点已俨然成为第三代太阳能电池器件中最具前景的光伏器件之一，制备高性能钙钛矿太阳能电池是目前的研究热点。其中锡基钙钛矿因具有高吸收系数与导电性、高的载流子迁移率、低激子结合能、长载流子扩散长度以及合适的带隙等优点能够用于制备高性能钙钛矿太阳能电池，同时可以解决铅基钙钛矿太阳电池器件中铅的毒性以及铅泄露等问题。目前锡基钙钛矿太阳能电池最高能量转换效率已达14.8％，展现了其用于制备高性能太阳能电池器件的巨大潜力。

目前锡基钙钛矿太阳能电池主要面临其内部二价锡离子(Sn²⁺)极易氧化为四价锡离子(Sn⁴⁺)，导致在薄膜中引入额外的Sn⁴⁺空位缺陷，抑制了锡基钙钛矿太阳能电池器件效率的提高。目前降低薄膜缺陷态密度的主要方法有通过在制备锡基钙钛矿薄膜的前驱体溶液中引入还原性添加剂抑制Sn²⁺的氧化，利用表面钝化降低薄膜表面缺陷态密度提高器件开路电压(V_OC)，采取制备低维锡基钙钛矿的方法降低缺陷态密度提高器件性能，但目前对锡基钙钛矿薄膜缺陷态的处理均以牺牲部分短路电流(J_SC)为前提，难以进一步提高锡基钙钛矿太阳能电池器件性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种降低锡基钙钛矿薄膜表面Sn⁴⁺浓度的方法，该方法有效降低了锡基钙钛矿薄膜中Sn⁴⁺自掺杂问题和器件的缺陷态密度，能够用于制备高性能锡基钙钛矿太阳能电池器件。

本发明采用的技术方案如下：

1)在制备出的锡基钙钛矿薄膜表面原位生长一层甲脒盐酸盐(FACl)分子；

2)将表面原位生长甲脒盐酸(FACl)分子的锡基钙钛矿薄膜进行退火获得表面Sn⁴⁺浓度降低的钙钛矿薄膜。

所述原位生长工艺，所述原位生长工艺为真空蒸镀工艺。

所述原位生长工艺，所述原位生长工艺中甲脒盐酸盐(FACl)分子层生长厚度为1-20nm。

所述原位生长工艺，所述原位生长工艺中甲脒盐酸盐(FACl)真空蒸镀时温度维持在40℃-110℃。

所述退火温度，所述表面原位生长甲脒盐酸盐(FACl)的锡基钙钛矿退火温度为60℃-120℃。

本发明的有益效果是：

(1)本发明首次发现了表面原位生长甲脒盐酸盐(FACl)能够与锡基钙钛矿薄膜表面的Sn⁴⁺形成配合物，同时利用退火工艺有效降低了锡基钙钛矿薄膜表面Sn⁴⁺的浓度。本发明提供了一种新的降低锡基钙钛矿薄膜表面Sn⁴⁺自掺杂的方法，有利于推进高性能锡基钙钛矿太阳能器件的开发与制备。