[发明专利]一种低维钙钛矿薄膜的制备方法及其太阳能电池

说明书

本发明涉及钙钛矿太阳能电池技术领域，公开了一种低维钙钛矿薄膜的制备方法及其太阳能电池，低维钙钛矿薄膜的制备方法为：步骤一、称量对氟苯乙胺碘、碘甲胺、碘化铅、碘甲脒、甲基氯化胺和氯化铅，并分散于由二甲基甲酰胺和二甲基亚砜组成的混合溶液中，得低维钙钛矿前驱体溶液；步骤二、将所述低维钙钛矿前驱体溶液滴加在衬底上，快速旋涂10‑20s后对其进行逆序降温退火处理，得低维钙钛矿薄膜。本发明通过高转速旋涂快速形成低维钙钛矿湿膜，再采用逆序降温退火工艺处理，不仅能够制备多相结构垂直生长的低维钙钛矿薄膜，而且具有很好重复性，降低电池器件制备成本。本发明所述的逆序降温退火工艺，制备工艺简单、适宜工业化生产。

技术领域

本发明涉及钙钛矿太阳能电池技术领域，特别涉及一种低维钙钛矿薄膜的制备方法及其太阳能电池。

背景技术

有机-无机杂化钙钛矿材料由于具有高光吸收、低结合能、高缺陷容忍度、高载流子迁移率和长载流子扩散长度等优点，在太阳能电池发展中起到了举足轻重的作用。目前，三维钙钛矿太阳能电池认证的光电转化效率达到了25.7%，但其低稳定性有待进一步优化与提升。因此，三维电池器件的稳定性阻碍了其商业化进程。有趣的是，低维钙钛矿太阳能电池由于其有机间隔阳离子具有疏水性，而表现出非常好的稳定性，故具有较好的商业化应用前景。

低维钙钛矿薄膜由于多相结构的存在，是一种多量子阱结构的半导体材料。由于多量子阱结构具有量子限制效应，导致低维钙钛矿材料存在吸收系数低、载流子迁移率小及激子结合能大等缺点，致使低维钙钛矿太阳能电池的光伏性能较差。研究表明，调控低维钙钛矿薄膜中多相结构是提升电池器件光伏性能的一种简单有效方法之一。当低维钙钛矿薄膜中多相结构垂直于基片生长时，有利于载流子分离、传输与提取，有效提升电池器件的光伏性能。通常采用添加剂工程、溶剂工程以及热处理工程等策略调控多相结构生长模式。其中，热处理工程策略通常包括连续退火处理、按序升温退火处理、热旋涂处理等工艺。连续退火工艺是常用的退火工艺，使得低维钙钛矿薄膜中多相结构进行杂乱无序排列，主要降低了电池器件中短路电流密度。按序升温退火工艺虽然能促进低维钙钛矿晶粒增大，但不能促进低维钙钛矿中多相结构的垂直生长。经验证，热旋涂工艺能有效调控低维钙钛矿中多相结构的垂直生长，有利于提高电池器件的短路电流密度。但热旋涂工艺存在重复性难以控制的问题。

发明专利CN 108183166 B公开了一种波动退火工艺及用该工艺制备的钙钛矿太阳能电池，采用的波动热退火工艺，让钙钛矿晶粒出现快生长-慢生长-快生长-慢生长这一过程，使得钙钛矿活性层晶粒会生长，并在慢生长这一环节上，钙钛矿的晶粒之间可以形成自组装过程，使得晶粒和晶粒之间的接触更加致密和均匀。但是此发明提出的波动热退火工艺对三维钙钛矿薄膜是有效的，对低维钙钛矿薄膜却并不适用。在低维钙钛矿薄膜形成过程中，不同n值的多相结构很容易也很快形成，如果高温时间长了，会严重损坏低维钙钛矿薄膜。因此，寻求一种对低维钙钛矿薄膜的高效生长行之有效的方式是我们研究的课题。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种低维钙钛矿薄膜的制备方法及其太阳能电池，通过高转速旋涂快速形成低维钙钛矿湿膜，再采用逆序降温退火工艺处理，不仅有利于制备多相结构垂直生长的低维钙钛矿薄膜，而且具有很好重复性，降低电池器件制备成本。本发明所述的逆序降温退火工艺，制备工艺简单、非常适宜工业化生产。

技术方案：本发明提供了一种低维钙钛矿薄膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、称量对氟苯乙胺碘、碘甲胺、碘化铅、碘甲脒、甲基氯化胺和氯化铅混合，得混合粉末，在所述混合粉末中加入二甲基甲酰胺和二甲基亚砜后搅拌处理，得低维钙钛矿前驱体溶液；

步骤二、将所述低维钙钛矿前驱体溶液滴加在衬底上，以5000-6000rpm的转速旋涂10-20s后对其进行逆序降温退火处理，得低维钙钛矿薄膜；其中，所述逆序降温退火处理为先110~140℃加热4~10秒，后70~90℃加热5~10min。

进一步地，步骤一中，所述碘化铅、所述甲基氯化胺和所述氯化铅的化学计量摩尔比为10:1:1；