一种制备微米级晶粒卤化物钙钛矿薄膜的方法及应用技术

本发明专利技术属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种制备微米级晶粒卤化物钙钛矿薄膜的方法及应用。本发明专利技术提供的处理方法：将卤化物钙钛矿薄膜表面涂覆碱金属卤素盐后静置长晶，得到微米级晶粒卤化物钙钛矿薄膜；所述微米级晶粒卤化物钙钛矿薄膜中卤化物钙钛矿晶粒的尺寸≥0.5μm。本发明专利技术提供的方法能够促进卤化物钙钛矿薄膜中卤化物钙钛晶体二次生长，同时，碱金属离子能够有效抑制卤化物钙钛矿薄膜的相分离。由此，本发明专利技术提供的方法制备得到的微米级晶粒卤化物钙钛矿薄膜中卤化物钙钛矿晶粒的尺寸≥0.5μm，从而能够制备得到具有低缺陷密度、光电性能优异且稳定性好的卤化物钙钛矿薄膜。薄膜。薄膜。

【技术实现步骤摘要】
一种制备微米级晶粒卤化物钙钛矿薄膜的方法及应用


[0001]本专利技术属于太阳能电池
，具体涉及一种制备微米级晶粒卤化物钙钛矿薄膜的方法及应用。

技术介绍

[0002]目前，有机
‑
无机杂化钙钛矿太阳能电池(PSCs)因其溶液处理成本低和光电性能优异的优点而成为最有前途的光伏应用候选材料之一，在过去的十年中，PSCs的功率转换效率从不到4％提高到25.7％，在实际应用中引起了研究者极大的兴趣。
[0003]由于钙钛矿对光、热和湿度的敏感性，提高PSCs的效率和稳定性对于商业化来说是具有挑战性的。混合卤化物PSCs材料和器件的界面和体相的缺陷，仍然存在高电压损失问题。原因为：现在卤化物PSCs普遍采用一步反溶剂法制备，一步反溶剂法具体包括在湿钙钛矿薄膜上浇注反溶剂以诱导快速结晶，形成的多晶膜包含大量晶界(GBs)；此外，调节钙钛矿带隙宽度时需要引入Cs离子，Cs离子的进入同样会使反溶剂结晶时的晶粒变小，从而产生大量晶界。
[0004]为了增大晶粒尺寸，采用了两种不同的薄膜改性方法，一种是物理改性，另一种是化学改性钙钛矿薄膜。这种困境限制了Pb(SCN)2添加剂方法在显著提高卤化物钙钛矿太阳能电池器件性能方面的有效性。Carmona等人指出在MAPbI3前驱体中适量过量的PbI2有利于获得大而均匀的MAPbI3薄膜。晶体生长延缓剂，如氯化铅(PbCl2)，也被证明是一种有利于MAPbI3薄膜颗粒尺寸增大的前体添加剂。Yu等通过在FA
0.83
Cs
0.17
Pb(I
0.6
Br
0.4
)3(1.74eV)钙钛矿前驱体溶液中加入适量的硫氰酸铅(Pb(SCN)2)并采用DMF溶剂辅助退火工艺,同时避免多余PbI2形成,将宽卤化物钙钛矿薄膜的平均晶粒尺寸增大。需要一些熟练的控制技术，这是大多数实验室很难掌握的。添加剂方法可以改善混合后的晶粒尺寸使钙钛矿表面粗糙度变大，并且薄膜的均一性差。因此，有必要开发一种简便的一步法来获得更高质量的钙钛矿薄膜，而不涉及精细的工艺控制。
[0005]奥斯瓦尔德熟化是一种简单的提高晶粒大小方法，但是常规用的奥斯瓦尔德熟化需要对钙钛矿薄膜进行二次退火处理，退火会使卤化物PSCs的钙钛矿结构缺陷增多，不利于太阳能电池的稳定性。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种制备微米级晶粒卤化物钙钛矿薄膜的方法及应用，本专利技术提供的方法能够有效提高卤化物钙钛矿晶粒的尺寸，显著减少晶界，得到光电性能优异且本专利技术稳定性好的卤化物钙钛矿薄膜。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0008]本专利技术提供了一种制备微米级晶粒卤化物钙钛矿薄膜的方法，包括以下步骤：
[0009]将卤化物钙钛矿薄膜表面涂覆碱金属卤素盐后静置长晶，得到微米级晶粒卤化物钙钛矿薄膜；所述微米级晶粒卤化物钙钛矿薄膜中卤化物钙钛矿晶粒的尺寸≥0.5μm。
[0010]优选的，所述涂覆为旋涂；所述旋涂包括以下步骤：将所述碱金属卤素盐溶于挥发性醇中，得到所述碱金属卤素盐的挥发性醇溶液；所述碱金属卤素盐的挥发性醇溶液的摩尔浓度为5～50mmol/L；将所述碱金属卤素盐的挥发性醇溶液进行所述旋涂。
[0011]优选的，所述旋涂的转速为3000～5000rpm，所述旋涂的时间为25～35s。
[0012]优选的，所述静置长晶的温度为室温，所述静置长晶的时间为1～48h。
[0013]优选的，所述卤化物钙钛矿薄膜的制备方法包括以下步骤：
[0014]将卤化铯、卤甲胺、卤甲脒与卤化铅溶解于有机溶剂中，得到钙钛矿前驱体溶液；
[0015]将所述钙钛矿前驱体溶液在衬底表面制膜，得到湿膜后，将所述湿膜进行退火处理，得到所述卤化物钙钛矿薄膜。
[0016]优选的，所述卤化铯为CsI，所述卤化铅为PbI2和/或PbBr2；
[0017]所述卤化铯、卤甲胺和卤甲脒的摩尔比为(0.001～3):(0.001～5):(12～18)；所述卤化铯和卤化铅的摩尔比(0.001～5)：20。
[0018]优选的，所述退火处理的温度为125～140℃，所述退火处理的保温时间为15～30min。
[0019]优选的，所述微米级晶粒卤化物钙钛矿薄膜中卤化物钙钛矿晶粒的尺寸为0.5～2.5μm；所述微米级晶粒卤化物钙钛矿薄膜的厚度为0.45～1μm。
[0020]本专利技术提供了一种卤化物钙钛矿太阳能电池，包括导电基底和依次层叠设置于所述导电基底表面的电子传输层、卤化物钙钛矿层、空穴传输层和电极，所述卤化物钙钛矿层为上述技术方案所述的方法制备的微米级晶粒卤化物钙钛矿薄膜。
[0021]本专利技术提供了上述技术方案所述的卤化物钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
[0022]在所述导电基底表面制备电子传输层；
[0023]在所述电子传输层表面按照上述技术方案所述的方法制备微米级晶粒卤化物钙钛矿薄膜，形成卤化物钙钛矿层；
[0024]在所述卤化物钙钛矿层表面制备空穴传输层；
[0025]在所述空穴传输层表面制备电极，得到所述卤化物钙钛矿太阳能电池。
[0026]本专利技术提供了一种制备微米级晶粒卤化物钙钛矿薄膜的方法，包括以下步骤：将卤化物钙钛矿薄膜表面涂覆碱金属卤素盐后静置长晶，得到微米级晶粒卤化物钙钛矿薄膜；所述微米级晶粒卤化物钙钛矿薄膜中卤化物钙钛矿晶粒的尺寸≥0.5μm。本专利技术提供的方法采用碱金属卤素盐处理卤化物钙钛矿薄膜，能够促进卤化物钙钛矿薄膜中卤化物钙钛晶体二次生长，促使卤化物钙钛晶体长成微米级晶粒且表面平整，从而有效减少晶界。同时，碱金属离子能够留在钙钛矿体相中与卤素阴离子结合从而有效抑制卤化物钙钛矿薄膜的相分离。由此，本专利技术提供的方法通过简单的涂覆将碱金属卤素盐引入卤化物钙钛矿薄膜表面实现了卤化物钙钛矿晶体的二次长大，得到卤化物钙钛矿晶粒的尺寸≥0.5μm的大晶粒的卤化物钙钛矿薄膜，从而能够制备得到具有低缺陷密度、光电性能优异且稳定性好的卤化物钙钛矿薄膜。
[0027]本专利技术提供的制备微米级晶粒卤化物钙钛矿薄膜的方法将卤化物钙钛矿薄膜中卤化物钙钛矿晶粒的尺寸提升至微米级，具有低缺陷密度、光电性能优异且稳定性好的优势。
[0028]本专利技术提供了一种卤化物钙钛矿太阳能电池，包括导电基底和依次层叠设置于所述导电基底表面的电子传输层、卤化物钙钛矿层、空穴传输层和电极，所述卤化物钙钛矿层为上述技术方案所述的方法制备的微米级晶粒卤化物钙钛矿薄膜。本专利技术提供的卤化物钙钛矿太阳能电池结构中的卤化物钙钛矿层为上述技术方案所述的方法制备的微米级晶粒卤化物钙钛矿薄膜，能够使卤化物钙钛矿层的轨道能级正向移动和电子传输层更加匹配，得到具有低缺陷密度，能级更加匹配，稳定性更好的卤化物钙钛矿太阳电池。
附图说明
[0029]图1为本专利技术实施例1制备的微米级晶粒卤化物钙钛矿薄膜的电镜照片；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制备微米级晶粒卤化物钙钛矿薄膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：将卤化物钙钛矿薄膜表面涂覆碱金属卤素盐后静置长晶，得到微米级晶粒卤化物钙钛矿薄膜；所述微米级晶粒卤化物钙钛矿薄膜中卤化物钙钛矿晶粒的尺寸≥0.5μm。2.根据权利要求1所述的制备微米级晶粒卤化物钙钛矿薄膜的方法，其特征在于，所述涂覆为旋涂；所述旋涂包括以下步骤：将所述碱金属卤素盐溶于挥发性醇中，得到所述碱金属卤素盐的挥发性醇溶液；所述碱金属卤素盐的挥发性醇溶液的摩尔浓度为5～50mmol/L；将所述碱金属卤素盐的挥发性醇溶液进行所述旋涂。3.根据权利要求2所述的制备微米级晶粒卤化物钙钛矿薄膜的方法，其特征在于，所述旋涂的转速为3000～5000rpm，所述旋涂的时间为25～35s。4.根据权利要求1所述的制备微米级晶粒卤化物钙钛矿薄膜的方法，其特征在于，所述静置长晶的温度为室温，所述静置长晶的时间为1～48h。5.根据权利要求1所述的制备微米级晶粒卤化物钙钛矿薄膜的方法，其特征在于，所述卤化物钙钛矿薄膜的制备方法包括以下步骤：将卤化铯、卤甲胺、卤甲脒与卤化铅溶解于有机溶剂中，得到钙钛矿前驱体溶液；将所述钙钛矿前驱体溶液在衬底表面制膜，得到湿膜后，将所述湿膜进行退火处理，得到所述卤化物钙钛矿薄膜。6.根据权利要求5所述的制备微米级晶粒卤化物钙钛矿薄膜的方...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡墨朗，陈香港，李星，原政博，戴松元，刘雪朋，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：