一种基于两步法制备钙钛矿薄膜的钝化方法及光伏器件技术

本发明专利技术公开了一种基于两步法制备钙钛矿薄膜的钝化方法及光伏器件，其步骤为，将APbX3钙钛矿单晶在极性溶剂中预制成一定浓度，适量单晶极性溶液以添加剂形式被加入到第二步AX的IPA溶液中进行两步法的钙钛矿薄膜制备。其中，A为Cs、MA、FA、Rb、PEA、GA和BA中的一种或多种；X为Cl、Br、I中的一种或多种。本发明专利技术可以解决现有两步法制备的钙钛矿薄膜在浅体/表界面存在大量缺陷导致器件性能下降的问题，其中极性溶剂增强了第二步AX溶液在PbX2层中的渗透能力；单晶添加剂与钙钛矿薄膜形成异质结，增强了活性层的电荷传输能力，协同的钝化效果获得了高质量的钙钛矿薄膜，进而提高钙钛矿光伏器件的性能。器件的性能。器件的性能。

【技术实现步骤摘要】
一种基于两步法制备钙钛矿薄膜的钝化方法及光伏器件


[0001]本专利技术涉及钙钛矿太阳能电池领域，具体涉及一种基于两步法制备钙钛矿薄膜的钝化方法及光伏器件。

技术介绍

[0002]钙钛矿太阳能电池因其优异的光电转换效率(超过25.8％)被认为是下一代光伏领域最有潜力的材料。提高钙钛矿薄膜的质量是提升钙钛矿器件效率的决定性因素之一，而目前制备高质量钙钛矿膜的方法主要分为两种：一步法和两步法。
[0003]2009年，Kojima团队首次采用一步法，利用碘甲胺和碘化铅的前驱体溶液制备了MAPbI3薄膜，其钙钛矿器件显示了3.8％的光电转换效率，为钙钛矿薄膜的制备与发展奠基了指导性的经验。之后，研究者提出了一种引入甲苯作为反溶剂辅助的一步法获得更均匀钙钛矿膜，发展了该方法。然而，采用常规的一步法制备的钙钛矿薄膜结晶质量较差、结晶取向混乱，从而阻碍载流子向传输层的传输，导致器件性能低；并且，采用反溶剂辅助一步法大多使用的是有毒的反溶剂，如氯苯、甲苯和二氯甲烷，这进一步阻碍了钙钛矿的商业化。
[0004]团队首次开发了基于两步法钙钛矿薄膜制备工艺的高效钙钛矿电池，由于两步法制备的钙钛矿薄膜中其结晶过程具有更好的重复性和可控性，并且具有晶体取向优异、结晶性好的优势，因此，该两步法克服了一步法中结晶质量较差、结晶取向混乱的问题。然而由于两步法不可避免的使用溶液处理，现有两步法在结晶机理上与一步法存在区别，虽然在结晶取向和结晶性上具备一定的优势，但在制备过程中依然存在以下问题：
[0005]首先，两步法的钙钛矿薄膜质量对第一步PbX2的薄膜质量具有依赖性，制备高质量的钙钛矿薄膜需要PbX2为疏松多孔的形貌。然而传统的两步法工艺中制备的PbX2更倾向于形成致密层状结构；第二步中AX组分通过IPA溶液不能深度渗透，不能充分反应，导致残余过量PbX2，降低钙钛矿薄膜质量。其次，为使AX组分充分渗入PbX2内层反应，及相转变更完全，通常在薄膜后处理过程中使用较高温度进行退火，但更高温再冷却的过程会造成钙钛矿晶格应变，导致更多的缺陷态，成为非辐射复合中心，降低器件性能。最后，两步法制备的单一固定组分钙钛矿活性层需要精确协调与传输层的搭配，否则不利于能带的对准，造成载流子传输阻碍，降低器件性能。
[0006]因此，现有的两步法工艺制备的钙钛矿薄膜在浅体/表界面仍存在大量缺陷，如：I
‑
、Pb
2+
空位、I
‑
Pb反位、晶界等，这些缺陷可作为载流子非辐射复合中心、阻碍载流子向传输层的输运，造成器件性能下降。

技术实现思路

[0007]因此，本专利技术的目的在于解决现有两步法制备得到的钙钛矿薄膜在浅体/表界面仍存在大量缺陷导致器件性能下降的问题，获得解决上述问题的一种基于两步法制备钙钛矿薄膜的钝化方法及光伏器件。
[0008]一种基于两步法制备钙钛矿薄膜的钝化方法，包括：
[0009]PbX2层制备：PbX2溶液涂覆在载体上，退火得PbX2层；
[0010]钙钛矿薄膜钝化成型：将AX、AX溶剂和APbX3单晶溶液混合获得前驱体溶液，将前驱体溶液涂覆在PbX2层上，退火得钝化的钙钛矿薄膜；
[0011]所述AX和APbX3单晶中的A各自独立包括Cs(铯)、Rb(铷)、MA(甲胺基)、FA(甲脒基)、PEA(苯乙胺基)、BA(正丁胺基)和GA(胍基)中的至少一种，上述的A材料也可以是二维材料；所述PbX2、AX和APbX3单晶中的X各自独立包括Cl、Br、I中的至少一种；所述APbX3单晶溶液的溶剂包括极性溶剂。
[0012]所述PbX2溶液的浓度为1.2～1.5moL/mL；例如：1.2moL/mL、1.3moL/mL、1.4moL/mL、1.5moL/mL。
[0013]和/或，所述前驱体溶液中，AX的浓度为60～100mg/mL；例如：60mg/mL、65mg/mL、70mg/mL、75mg/mL、80mg/mL、85mg/mL、90mg/mL、95mg/mL、100mg/mL。
[0014]和/或，APbX3单晶溶液中的极性溶剂在前驱体溶液中的体积占比为0.9～2％；例如：0.9％、1.0％、1.1％、1.2％、1.3％、1.4％、1.5％、1.6％、1.7％、1.8％、1.9％、2.0％。
[0015]和/或，前驱体溶液中APbX3单晶与AX的摩尔比为(0.5～2)：100；例如：0.5：100、1：100、1.5：100、2：100。
[0016]所述PbX2溶液的溶剂为DMF(二甲基甲酰胺)、DMSO(二甲基亚砜)和NMP(N
‑
甲基吡咯烷酮)中一种或多种；
[0017]和/或，所述AX溶剂为IPA(异丙醇)；
[0018]和/或，所述溶解APbX3单晶的极性溶剂为DMF(N,N
‑
二甲基甲酰胺)、DMSO(N,N
‑
二甲基亚砜)、GBL(γ
‑
丁内酯)、NMP(N
‑
甲基吡咯烷酮)、2
‑
Me(2
‑
巯基乙醇)、ACN(乙腈)中的至少一种。
[0019]所述载体为带有传输层的基底。
[0020]所述基底为FTO玻璃、ITO玻璃或ITO柔性基底中的一种，所述柔性基底的材质为PET(聚对苯二甲酸乙二酯)、PI(聚酰亚胺)或PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)中的一种；
[0021]和/或，所述传输层为N型的电子传输层或P型的空穴传输层。
[0022]所述N型的电子传输层的材质为SnO2、ZnO、TiO2、C
60
、PCBM([6,6]‑
苯基
‑
C
61
‑
丁酸异甲酯)中的至少一种；所述P型的空穴传输层的材质为PEDOT:PSS(聚3，4
‑
乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐)、PTAA(聚[双(4
‑
苯基)(2,4,6
‑
三甲基苯基)胺])、CuPc(酞菁铜)、2PACz([2
‑
(9H
‑
咔唑
‑9‑
基)乙基]膦酸)、MeO
‑
2PACz([2
‑
(3,6
‑
二甲氧基
‑
9H
‑
咔唑
‑9‑
基)乙基]膦酸)、NiOx(氧化镍)、Cu2O(氧化亚铜)、Spiro
‑
OMeTAD(2,2',7,7'
‑
四[N,N
‑
二(4
‑
甲氧基苯基)氨基]‑
9,9'
‑
螺二芴)、P3HT(3
‑
己基噻吩的聚合物)、CuSCN(硫氰酸亚铜)中的至少一种。
[0023]所述PbX2层制备步骤中，退火温度为70～100℃，退火时间为1～5min；
[0024本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于两步法制备钙钛矿薄膜的钝化方法，其特征在于，包括：PbX2层制备：PbX2溶液涂覆在载体上，退火得PbX2层；钙钛矿薄膜钝化成型：将AX、AX溶剂和APbX3单晶溶液混合获得前驱体溶液，将前驱体溶液涂覆在PbX2层上，退火得钝化的钙钛矿薄膜；所述AX和APbX3单晶中的A各自独立包括Cs、Rb、MA、FA、PEA、BA和GA中的任意一种或多种；所述PbX2、AX和APbX3单晶中的X各自独立包括Cl、Br、I中的任意一种或多种；所述APbX3单晶溶液的溶剂包括极性溶剂。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述PbX2溶液的浓度为1.2～1.5moL/mL；和/或，所述前驱体溶液中AX的浓度为60～100mg/mL；和/或，APbX3单晶溶液中的极性溶剂在前驱体溶液中的体积占比为0.9～2％；和/或，前驱体溶液中APbX3单晶与AX的摩尔比为(0.5～2)：100。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述PbX2溶液的溶剂为DMF、NMP和DMSO中的一种或多种；和/或，所述AX溶剂为IPA；和/或，所述溶解APbX3单晶的极性溶剂为DMF、DMSO、GBL、NMP、2
‑
Me、ACN中的至少一种。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的方法，其特征在于，所述PbX2层制备步骤中，退火温度为70～100℃，...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱宗耀，卫宁，倪俊杰，朱荣志，邵君，于振瑞，
申请(专利权)人：无锡极电光能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：