一步法制备钙钛矿吸收层的方法及钙钛矿太阳能电池技术

本发明专利技术公开了一种一步法制备钙钛矿吸收层的方法，包括方法1：在前驱体溶液中加入水，不进行后处理；和方法2：前驱体溶液中不添加水，采用有机溶剂‑水溶液对钙钛矿吸收层进行后处理。上述有效的改善了钙钛矿膜层的粗糙度和平整度，降低了薄膜的针孔率。将上述方法所制备的钙钛矿吸收层应用于钙钛矿太阳能电池，电池的性能得到明显的提升。

【技术实现步骤摘要】
一步法制备钙钛矿吸收层的方法及钙钛矿太阳能电池
本专利技术涉及钙钛矿太阳能
，尤其涉及一种一步法制备钙钛矿吸收层的方法及钙钛矿太阳能电池。
技术介绍
有机-无机杂化钙钛矿由于其独特的光、电、磁性能，以及制备工艺简单、原料用量少、成本低等特点，一直备受关注。目前获得第三方认证的小面积钙钛矿太阳能电池的最高实验室光电转化效率已经达到23.7％，并且钙钛矿在二极管和激光器件等领域也受到了人们的广泛关注。在这些器件中，钙钛矿活性材料是其核心部分，钙钛矿薄膜质量好坏是影响器件性能的关键因素，因此，对钙钛矿成膜性能的研究具有重要意义。目前钙钛矿薄膜的制备工艺主要有溶液旋涂、真空蒸镀等方法，其中溶液旋涂法工艺最为成熟。一步法是溶液旋涂中常用的方法，即将钙钛矿前驱体混合溶液旋涂于基底上，在旋涂过程中滴加反溶剂帮助钙钛矿形成，最后加热形成钙钛矿薄膜，一步法由于钙钛矿结晶和溶剂挥发同时进行，所制备的钙钛矿薄膜表面形貌变化大，容易含有针孔等缺陷，影响电荷的收集和电池性能。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种一步法制备钙钛矿膜层的方法及钙钛矿太阳能电池，所得到的钙钛矿膜层表面平整，缺陷较少，明显的提高了钙钛矿太阳能电池的光电转换效率。一种一步法制备钙钛矿吸收层的方法，包括以下步骤：1)配制包含AX和PbX2的前驱体溶液；2)在前驱体溶液中加入水，形成混合溶液，所述混合溶液中，所述水与所述前驱体溶液的体积比为0.01％-5％；3)旋涂混合溶液，反溶剂处理，退火，得到钙钛矿吸收层。一种一步法制备钙钛矿吸收层的方法，包括以下步骤：1)配制包含AX和PbX2的前驱体溶液；2)旋涂前驱体溶液，反溶剂处理，退火，得到钙钛矿薄膜；3)在钙钛矿薄膜上旋涂后处理剂，所述后处理剂为有机溶剂-水混合溶液，所述有机溶剂-水混合溶液中，所述水与所述有机溶剂的体积比为0.1％-10％。一种钙钛矿太阳能电池，包括上述一步法制备钙钛矿吸收层的方法所制备的钙钛矿层。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术提供了一种一步法制备钙钛矿吸收层的方法，在钙钛矿吸收层的制备过程中加入水，有效的改善了钙钛矿膜层的粗糙度和平整度，降低了薄膜的针孔率；将该方法所制备的钙钛矿膜层应用于钙钛矿太阳能电池，电池的性能得到明显的提升。本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。附图说明附图用来提供对本专利技术技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本专利技术的技术方案，并不构成对本专利技术技术方案的限制。图1为本专利技术的钙钛矿太阳能电池的正式结构图；图2为本专利技术的钙钛矿太阳能电池的反式结构图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例的附图，对本专利技术实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。一种一步法制备钙钛矿吸收层的方法，包括以下步骤：1)配制包含AX和PbX2的前驱体溶液；2)在前驱体溶液中加入水，形成混合溶液；3)旋涂混合溶液，反溶剂处理，退火，得到钙钛矿吸收层。上述方法称为钙钛矿膜层制备的一步法，即将金属卤化物和有机卤化物同时溶解于有机溶剂中，配置成前驱体溶液，再进行旋涂制得钙钛矿吸收层。上述制备方法中，在前驱体溶液中加入了水，其中水与前驱体溶液的体积比为0.01％-5％，优选为0.1％-1％。微量的水分布在钙钛矿晶界处，钝化钙钛矿晶界，退火时水汽挥发，形成的晶粒尺寸更大，薄膜缺陷更少，可减少载流子复合，以达到提高钙钛矿电池的填充因子(FF)和光电转换效率的作用。水可以选为去离子水或蒸馏水，优选为去离子水。。在前驱体溶液中加入水之后形成混合溶液，采用旋涂混合溶液的方法来制备钙钛矿吸收层，混合溶液的旋涂速度为2000rpm-4000rpm，旋涂时间为10s-40s，水的加入使得混合溶液的整体粘度下降，采用相对较低的速度进行旋涂，可以保证旋涂所得膜层的均匀性。可选地，也可以采用刮涂、喷涂、狭缝涂布混合溶液的方式来制备钙钛矿吸收层。本专利技术还提供了一种一步法制备钙钛矿吸收层的方法，包括以下步骤：1)配制包含AX和PbX2的前驱体溶液；2)旋涂前驱体溶液，反溶剂处理，退火，得到钙钛矿薄膜；3)在钙钛矿薄膜上旋涂后处理剂。该方法也是钙钛矿膜层制备的一步法，即将金属卤化物和有机卤化物同时溶解于有机溶剂中，配置成前驱体溶液，再进行旋涂制得钙钛矿吸收层。该方法采用有机溶剂-水溶液对钙钛矿吸收层进行后处理，水与有机溶剂的体积比为0.1％-10％，优选为1％-2％，在此范围内，水既可以起到促进钙钛矿晶粒变大的作用，又不会因添加量过多影响钙钛矿吸收层中的其他成分。有机溶剂包括但不限于异丙醇、氯苯、乙醇，及它们的组合。在钙钛矿吸收层上旋涂有机溶剂-水溶液时，旋涂速度为3000rpm-6000rpm，旋涂时间为20s-60s，在旋涂开始后的10s-20s内在钙钛矿薄膜上滴加有机溶剂-水溶液，确保旋涂成膜的均匀性。可选地，也可以采用刮涂、喷涂或狭缝涂布有机溶剂-水溶液的方法对钙钛矿吸收层进行后处理。可选地，也可以将实验环境的湿度为调节为1-40％RH，优选为5-15％RH；如通过湿度调节器来调节实验室的湿度环境，或者将制备好的钙钛矿薄膜放入恒温恒湿箱中进行处理。本专利技术还提供了一种钙钛矿太阳能电池，包括其正式和反式结构，在正式结构中为依次设置的透明导电层、电子传输层、钙钛矿吸收层、空穴传输层和背电极层；在反式结构中为依次设置的透明导电层、空穴传输层、钙钛矿吸收层、电子传输层和背电极。无论是正式还是反式结构中的钙钛矿吸收层为采用一步法制备钙钛矿吸收层的方法所制备得到的。透明导电层包括但不限于掺氟氧化锡(FTO)、掺铟氧化锡(ITO)、掺铝氧化锌(AZO)，及它们的组合；透明导电层的厚度为10nm-3000nm。电子传输层包括但不限于氧化钛(TiO2)、氧化锡(SnO2)、氧化锌(ZnO)等宽禁带半导体，富勒烯衍生物(PCBM)等有机材料，及它们的组合；电子传输层的厚度为10nm-200nm。钙钛矿吸收层为采用一步法制备钙钛矿吸收层的方法所制备的，其中AX为有机阳离子化合物，包括但不限于FAI、MAI、MABr、MACl、FACl、FABr，其中MA为CH3NH3+、FA为HN＝CHNH3+；PbX2包括但不限于PbI2、PbCl2、PbBr2。所得到的钙钛矿吸收层的厚度为200nm-1000nm。空穴传输层包括但不限于有机物类材料，例如Spiro-OMeTAD(2，2′，7，7′-四[N，N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9，9′-螺二芴)等；掺杂金属类有机材料，例如掺杂锂盐的Spiro-OMeTAD等；聚合物类材料，例如PTAA(聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺])、PEDOT:PASS(聚乙撑二氧噻吩-聚(苯乙烯磺酸盐)等；无机类材料，例如石墨、碘化亚铜(CuI)、硫氰酸亚铜(本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种一步法制备钙钛矿吸收层的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)配制包含AX和PbX2的前驱体溶液；2)在前驱体溶液中加入水，形成混合溶液，所述混合溶液中，所述水与所述前驱体溶液的体积比为0.01％‑5％；3)旋涂混合溶液，反溶剂处理，退火，得到钙钛矿吸收层。

【技术特征摘要】
1.一种一步法制备钙钛矿吸收层的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)配制包含AX和PbX2的前驱体溶液；2)在前驱体溶液中加入水，形成混合溶液，所述混合溶液中，所述水与所述前驱体溶液的体积比为0.01％-5％；3)旋涂混合溶液，反溶剂处理，退火，得到钙钛矿吸收层。2.根据权利要求1所述的一步法制备钙钛矿吸收层的方法，其特征在于，在所述混合溶液中，所述水与所述前驱体溶液的体积比优选为0.1％-1％。3.根据权利要求2所述的一步法制备钙钛矿吸收层的方法，其特征在于，所述混合溶液的旋涂速度为2000rpm-4000rpm，旋涂时间为10s-40s。4.一种一步法制备钙钛矿吸收层的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)配制包含AX和PbX2的前驱体溶液；2)旋涂前驱体溶液，反溶剂处理，退火，得到钙钛矿薄膜；3)采用后处理剂对钙钛矿薄膜进行后处理，所述后处理剂为有机溶剂-水混合溶液，所述有机溶剂-水混合溶液中，所述水与所述有机溶剂的体积比为0.1％-10...

【专利技术属性】
技术研发人员：向艳，唐泽国，
申请(专利权)人：北京宏泰创新科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11