本发明专利技术提供一种高效、稳定的钙钛矿薄膜及其制备方法与应用，涉及到太阳能电池领域。本发明专利技术采用简单的在钙钛矿前驱体溶液中添加添加剂；所述添加剂选自下式(1)所示的碘化物的一种或多种：C4HnX8‑nI2(1)。其中，X为F或Cl，n为0～8的整数，例如0、1、2、3、4、5、6、7或8。最终制备出一种致密、高效的稳定钙钛矿薄膜，将其制备成太阳能电池后，电池的效率得到了极大的提高；且稳定性很高，即在两个月的室外存储下仍能保持初始效率的80％以上，此种简便、有效的方法，为探索钙钛矿太阳能电池的实际应用提供了一种可能。
【技术实现步骤摘要】
一种钙钛矿薄膜及其制备方法与应用
本专利技术涉及钙钛矿太阳能电池
，特别是一种钙钛矿薄膜及其制备方法与应用。
技术介绍
太阳能作为世界上最丰富的可再生能源，取之不尽，用之不竭，具有清洁、安全和无污染等特点，成为解决环境污染的一个理想方案。有效利用太阳能的一种途径是制备太阳能电池。有机无机杂化钙钛矿(其结构为ABX3，A代表有机阳离子，B代表Pb，Cd或Sn元素，X代表卤元素)太阳能电池成为近年来太阳能电池领域的一颗新星，此类钙钛矿具有吸光范围宽、消光系数高及禁带宽度可调控等优点，从2009年第一次被应用到染料敏化太阳能电池至今，短短的几年时间内，其光电转化效率从3.8％提高到了22.1％。在制备钙钛矿电池的过程中，钙钛矿的成膜质量和器件的稳定性成为了决定器件效率及其商业化应用的关键因素。Adv.Mater.2014,26,3748-3754公开了一种向钙钛矿中添加添加剂来促薄膜结晶的方法，其方法是将1,8-二碘辛烷加入到钙钛矿的前驱体溶液中，来得到平滑的薄膜，不足之处是此种方法制备的器件效率不高，以及稳定性并没有得到提高。
技术实现思路
为了改善上述问题，本专利技术提供一种钙钛矿薄膜，所述钙钛矿薄膜的前驱体溶液包含CH3NH3I、PbI2和添加剂；所述添加剂选自下式(1)所示的碘化物的一种或多种：C4HnX8-nI2(1)其中，X为F或Cl，n为0～8的整数，例如0、1、2、3、4、5、6、7或8。优选地，所述添加剂占CH3NH3I和PbI2总质量的3％-10％，优选为4％-8％。优选地，所述前驱体溶液还包含DMF和/或DMSO。本专利技术还提供上述钙钛矿薄膜的制备方法，所述方法包括如下步骤：1)配置钙钛矿前驱体溶液：将钙钛矿溶液与添加剂混合得到钙钛矿前驱体溶液；2)将步骤1)得到的钙钛矿前驱体溶液旋涂在电子传输层之上，得到钙钛矿薄膜。步骤1)中，根据本专利技术，所述钙钛矿溶液中的钙钛矿可以为CH3NH3PbI3。根据本专利技术，将所述钙钛矿溶液添加添加剂后，在50-70℃，优选60℃搅拌，得到澄清透明的黄色溶液，过滤后得到钙钛矿前驱体溶液。步骤2)中，根据本专利技术，所述电子传输层为TiO2电子传输层。根据本专利技术，所述旋涂分两步进行，第一步的转速为800-1200rpm，时间为5-20s；第二步的转速为3500-4500rpm，时间为30-50s。优选地，在进行第二步旋涂的过程中滴加反溶剂。滴加反溶剂可以促进成膜。优选地，所述反溶剂为甲苯。优选地，滴加反溶剂的时间为进行第二步旋涂的第20-25s。根据本专利技术，将步骤1)得到的钙钛矿前驱体溶液旋涂在电子传输层之上后，退火结晶，得到钙钛矿薄膜。优选地，所述退火温度为90-100℃，时间为20-30min。本专利技术还提供一种太阳能电池，所述太阳能电池包括上述钙钛矿薄膜。根据本专利技术，所述太阳能电池依次由氟掺杂氧化锡(FTO)导电玻璃、电子传输层、钙钛矿薄膜、空穴传输层和金属电极组成。根据本专利技术，所述空穴传输层为有机材质或者无机材质。优选地，所述有机材质为2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴(简称Spiro-MeOTAD)、3-己基取代聚噻吩(简称P3HT)和聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺](简称PTAA)中的至少一种。优选地，所述无机材质为CuSCN、CuO和NiOx中的至少一种。根据本专利技术，所述金属电极材质为Au或Ag。本专利技术还提供一种上述太阳能电池的制备方法，所述制备方法包括上述钙钛矿薄膜的制备方法。根据本专利技术，所述方法还包括如下步骤：A.将FTO导电玻璃在TiCl4的水溶液中浸渍，得到带有TiO2电子传输层的FTO导电玻璃；B.采用上述制备钙钛矿薄膜的方法在步骤A中的TiO2电子传输层上制备钙钛矿薄膜；C.在步骤B中的钙钛矿薄膜上旋涂空穴传输层；D.在步骤C中的空穴传输层上蒸镀金属电极，即得到太阳能电池。步骤A中，根据本专利技术，所述TiCl4的水溶液的浓度为25-35mmol/L，所述浸渍的温度为65-75℃，优选为70℃；所述浸渍的时间为50-70min。根据本专利技术，FTO在TiCl4的水溶液中浸渍之前，首先用洗洁精搓洗，然后依次用去离子水、丙酮和异丙醇分别超声10-25min，用N2吹干，最后放到紫外抽样清洗机中清洗10-25min。根据本专利技术，将得到的带有TiO2电子传输层的FTO用去离子水清洗一或多次。根据本专利技术，步骤C中，所述旋涂的转速为4000-5000rpm，旋涂时间为25-35s。根据本专利技术，步骤D中，所述蒸镀的金属电极的厚度为60-80nm。本专利技术的有益效果是：本专利技术提供的钙钛矿薄膜的制备方法中，通过在钙钛矿前驱体溶液中添加式(1)的碘化物作为添加剂，来促进钙钛矿薄膜的结晶，取得了致密、均一的钙钛矿薄膜，将本专利技术所获得的钙钛矿薄膜应用于太阳能电池中，并对太阳能电池的开路电压、短路电流和填充因子进行测试，发现相比于未添加碘化物的均有提高，且太阳能电池的稳定性也得到了极大地提高，在两个月的室外存储条件下其光电转化效率仍能保持初始效率的80％以上。附图说明图1：未添加和添加了添加剂的钙钛矿薄膜的扫描电镜图；图2：未添加和添加了添加剂的钙钛矿太阳能电池的J-V曲线；图3：空气中保存的未添加和添加了添加剂的钙钛矿太阳能电池的寿命衰减图。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的保护范围。此外，应理解，在阅读了本专利技术所公开的内容之后，本领域技术人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本专利技术所限定的保护范围之内。实施例1未添加添加剂的钙钛矿薄膜及太阳能电池的制备：碘甲胺(159mgCH3NH3I)和碘化铅(461mgPbI2)溶解在总体积含量为1ml的N，N-二甲基甲酰胺(DMF)和二甲基亚砜(DMSO)中，二者体积比保持3:7，60℃下搅拌2小时。把上述得到的钙钛矿前驱体溶液旋涂在电子传输层上，分为两步进行旋涂，第一步旋涂中转速1000rpm，保持10秒，第二步旋涂中转速4000rpm，保持40秒，并在第二步旋涂中的第20s时滴加甲苯；放到热台上90℃退火半小时，之后Spiro-OMeTAD以5000rpm30s旋涂到钙钛矿薄膜上，最后蒸镀60nm金电极，制备电池完毕。实施例2添加添加剂1的钙钛矿薄膜及太阳能电池的制备：碘甲胺(159mgCH3NH3I)和碘化铅(461mgPbI2)溶解在总体积含量为1ml的N，N-二甲基甲酰胺(DMF)和二甲基亚砜(DMSO)中，二者体积比保持3:7，同时按照碘甲胺和碘化铅总质量比5％的添加剂C4H8I2加入到上述前驱体溶液中，60℃下搅拌2小时。把上述得到的钙钛矿前驱体溶液旋涂在电子传输层上，分为两步进行旋涂，第一步旋涂中转速1000rpm，保持10秒，第二步旋涂中转速4000rpm，保持40秒，并在第二步旋涂中的第20s时滴加甲苯；放到热台上90℃退火半小时，之后Spiro-OMeTAD以5000rpm30s旋涂到钙钛矿薄膜上，最后蒸镀60nm金电极，制备电池完毕。实施例3添加添加剂2的钙钛矿薄膜及太阳能电池的制备：碘甲胺(159mgCH3NH3I)和碘化铅(461mgPbI2)溶解在总体本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种钙钛矿薄膜，其特征在于，所述钙钛矿薄膜的前驱体溶液包含CH3NH3I、PbI2和添加剂；所述添加剂选自下式(1)所示的碘化物的一种或多种：C4HnX8‑nI2 (1)其中，X为F或Cl，n为0～8的整数，例如0、1、2、3、4、5、6、7或8；优选地，所述添加剂占CH3NH3I和PbI2总质量的3％‑10％，优选为4％‑8％；优选地，所述前驱体溶液还包含DMF和/或DMSO。
【技术特征摘要】
1.一种钙钛矿薄膜，其特征在于，所述钙钛矿薄膜的前驱体溶液包含CH3NH3I、PbI2和添加剂；所述添加剂选自下式(1)所示的碘化物的一种或多种：C4HnX8-nI2(1)其中，X为F或Cl，n为0～8的整数，例如0、1、2、3、4、5、6、7或8；优选地，所述添加剂占CH3NH3I和PbI2总质量的3％-10％，优选为4％-8％；优选地，所述前驱体溶液还包含DMF和/或DMSO。2.一种权利要求1所述的钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：1)配置钙钛矿前驱体溶液：将钙钛矿溶液与添加剂混合得到钙钛矿前驱体溶液；2)将步骤1)得到的钙钛矿前驱体溶液旋涂在电子传输层之上，得到钙钛矿薄膜。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述钙钛矿溶液中的钙钛矿可以为CH3NH3PbI3；优选地，步骤1)中，将所述钙钛矿溶液添加添加剂后，在50-70℃，优选60℃搅拌，得到澄清透明的黄色溶液，过滤后得到钙钛矿前驱体溶液。4.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述电子传输层为TiO2电子传输层。5.根据权利要求2-4任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述旋涂分两步进行，第一步的转速为800-1200rpm，时间为5-20s；第二步的转速为3500-4500rpm，时间为30-50s；优选地，在进行第二步旋涂的过程中滴加反溶剂。优选地，所述反溶剂为甲苯；优选地，滴加反溶剂的时间为进行第二步旋涂的第20-25s。6.根据权利要求2-5任一项所述的制备方法，其特征在于，将步骤1)得到的钙钛矿前驱体溶液旋涂在电子传输层之上后，退火结晶，得到钙钛矿薄膜；优选地，所述退火温度为90-100℃，时间为20-30min。7.一种太阳能电池，其特征在于，所述太阳能电池包括权利要求1所述的...
【专利技术属性】
技术研发人员：周惠琼，毕世青，
申请(专利权)人：国家纳米科学中心，
类型：发明
国别省市：北京,11
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