一种钙钛矿器件的制备方法技术

本发明专利技术提供一种钙钛矿器件的制备方法，包括以下步骤：沉积金属卤化物膜；在金属卤化物膜的表面形成有机液膜，有机液膜中含有添加剂，添加剂包括氟化邻苯甲酸酐及其衍生物中的至少一种，有机液膜与金属卤化物膜反应形成钙钛矿中间体；对钙钛矿中间体进行第一退火，得到钙钛矿层。添加剂的添加能够降低钙钛矿的成核和结晶生长速度，从而提高了钙钛矿晶粒的结晶性并增大了钙钛矿晶粒的尺寸，同时还能够钝化晶界处的多种缺陷，从而提高钙钛矿太阳能电池的光电转换性能。池的光电转换性能。池的光电转换性能。

【技术实现步骤摘要】
一种钙钛矿器件的制备方法


[0001]本专利技术涉及钙钛矿器件
，具体涉及一种钙钛矿器件的制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，全球生态环境和能源短缺问题的日益严峻。太阳能以其储量高、分布广、可再生、无污染等特点被认为是解决能源短缺和环境污染问题的关键。太阳能电池作为利用太阳能的有效方式，其基本原理是利用光生伏特效应将太阳辐射能直接转换为电能。钙钛矿电池作为第三代太阳能电池，凭借其低成本、制备工艺简单、效率高等优势成为太阳能电池领域中一颗冉冉升起的新星。在短短的十余年内，钙钛矿太阳能电池的效率从3.8％提升至25％以上，显示出巨大的潜力。钙钛矿太阳能电池通常包括依次层叠的第一电极、第一载流子传输层、钙钛矿层、第二载流子传输层和第二电极，钙钛矿层作为钙钛矿太阳能电池的光吸收层，其薄膜质量直接影响了钙钛矿太阳能电池的光电转换性能。
[0003]然而，由于钙钛矿的成核和结晶生长速度较快，导致钙钛矿层的质量较差，限制了钙钛矿太阳能电池的光电转换性能。

技术实现思路

[0004]因此，本专利技术要解决的技术问题在于如何提高钙钛矿层的质量，从而提供一种钙钛矿器件的制备方法。
[0005]本专利技术提供一种钙钛矿器件的制备方法，包括以下步骤：沉积金属卤化物膜；在所述金属卤化物膜的表面形成有机液膜，所述有机液膜中含有添加剂，所述添加剂包括氟化邻苯甲酸酐及其衍生物中的至少一种，所述有机液膜与所述金属卤化物膜反应形成钙钛矿中间体；对所述钙钛矿中间体进行第一退火，得到钙钛矿层。
[0006]可选的，所述添加剂包括六氟二酐、4
‑
羟基
‑
3,5,6
‑
三氟邻苯二甲酸酐、3,4,5,6
‑
四氟邻苯二甲酸酐、3,4
‑
二氟邻苯二甲酸酐、4,5
‑
二氟邻苯二甲酸酐、2,3,4,5
‑
四氟邻苯二甲酸酐、4
‑
氟邻苯二甲酸酐、3,4,5,6
‑
四氟苯酐、3,6
‑
二氟邻苯二甲酸酐、3
‑
氟酞酐中的至少一种。
[0007]可选的，用以形成所述有机液膜的有机溶液中，溶质包括主溶质和次溶质，所述主溶质包括碘甲胺、溴甲胺、氯甲胺、碘甲脒、溴甲脒、氯甲脒中的至少一种，所述添加剂作为所述次溶质，所述添加剂的质量为所述有机溶液中的溶质总质量的0.01％
‑
1％。
[0008]可选的，所述添加剂的质量为所述有机溶液中的溶质总质量的0.1％
‑
0.3％。
[0009]可选的，所述有机溶液中，所述主溶质的浓度为70mg/mL
‑
100mg/mL。
[0010]可选的，沉积所述金属卤化物膜的工艺包括干法工艺，所述干法工艺包括真空蒸镀工艺、磁控溅射工艺、原子层沉积工艺、反应等离子沉积工艺。
[0011]可选的，所述金属卤化物膜的沉积速率为
[0012]可选的，所述金属卤化物膜的材料包括碘化铅、溴化铅、氯化铅、碘化铯、溴化铯、氯化铯中的至少一种。
[0013]可选的，所述金属卤化物膜的厚度为200nm
‑
400nm，所述钙钛矿层的厚度为350nm
‑
800nm。
[0014]可选的，所述金属卤化物膜中包括至少两种金属卤化物；采用真空共蒸工艺形成所述金属卤化物膜；或者，依次蒸镀不同的金属卤化物形成所述金属卤化物膜。
[0015]可选的，在所述金属卤化物膜的表面形成有机液膜的工艺包括狭缝涂布工艺、刮涂工艺、喷涂工艺、旋涂工艺、浸润工艺。
[0016]可选的，采用旋涂工艺形成所述有机液膜的工艺参数包括：转速为2000rpm/min
‑
5000rpm/min，旋转时间为30s
‑
40s。
[0017]可选的，所述第一退火的温度为100℃
‑
150℃，所述第一退火的时间为5min
‑
30min。
[0018]可选的，所述钙钛矿器件的制备方法还包括：在形成所述钙钛矿层之后，在所述钙钛矿层的表面形成钝化层，所述钝化层的材料为4
‑
氟苯乙基碘化胺，所述钝化层的厚度为1nm
‑
10nm。
[0019]可选的，在所述钙钛矿层的表面形成钝化层的步骤包括：配置钝化溶液，所述钝化溶液的溶质为4
‑
氟苯乙基碘化胺；采用所述钝化溶液制备钝化液膜；对所述钝化液膜进行第二退火，得到所述钝化层。
[0020]可选的，所述钝化溶液中溶质的浓度为0.5mg/mL
‑
5mg/mL。
[0021]可选的，形成所述钝化液膜的工艺包括狭缝涂布工艺、刮涂工艺、喷涂工艺或旋涂工艺。
[0022]可选的，采用旋涂工艺形成所述钝化液膜的工艺参数包括：转速为3000rpm/min
‑
5000rpm/min，旋转时间为30s
‑
40s。
[0023]可选的，所述第二退火的温度为80℃
‑
100℃，所述第二退火的时间为1min
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10min。
[0024]可选的，所述钙钛矿器件包括单结钙钛矿太阳能电池、叠层钙钛矿太阳能电池。
[0025]本专利技术技术方案，具有如下优点：
[0026]本专利技术提供的钙钛矿器件的制备方法，有机液膜中的添加剂具有酸酐基团，酸酐基团与金属离子具有较大的螯合作用，这阻碍了金属卤化物与有机液膜中的有机物的反应，从而降低了钙钛矿的成核和结晶生长速度，不仅提高了钙钛矿晶粒的结晶性，还增大了钙钛矿晶粒的尺寸，减少了钙钛矿层的晶界密度，使钙钛矿层致密平整，有效改善了钙钛矿层的质量，有利于提高钙钛矿太阳能电池的光电转换性能。
[0027]在形成钙钛矿层之后，上述添加剂均匀分布在钙钛矿晶界处，添加剂中具有孤对电子的酸酐基团和具有强吸电子能力的卤素基团(氟原子)作为电子给体具有路易斯碱的特性，给电子与高活性的金属离子和有机液膜中的有机阳离子进行鳌合，对未配位的金属离子和有机阳离子表现出优异的缺陷钝化能力，从而降低了钙钛矿层中晶界和表面的缺陷态密度。同时，由于添加剂中的C＝O键和氟元素的极强吸电子特性使分子极化，导致与氟元素相连的碳原子和与酸酐相连的碳原子均具有正电特性，表现出路易斯酸的性质，因此具有强的亲电子能力，能够与钙钛矿中的带负电的卤素空位缺陷相互作用，能很好的钝化钙钛矿层的晶界与表面，从而提高了载流子寿命，进而提高了钙钛矿太阳能电池的光电转换性能。
附图说明
[0028]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钙钛矿器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：沉积金属卤化物膜；在所述金属卤化物膜的表面形成有机液膜，所述有机液膜中含有添加剂，所述添加剂包括氟化邻苯甲酸酐及其衍生物中的至少一种，所述有机液膜与所述金属卤化物膜反应形成钙钛矿中间体；对所述钙钛矿中间体进行第一退火，得到钙钛矿层。2.根据权利要求1所述的钙钛矿器件的制备方法，其特征在于，所述添加剂包括六氟二酐、4
‑
羟基
‑
3,5,6
‑
三氟邻苯二甲酸酐、3,4,5,6
‑
四氟邻苯二甲酸酐、3,4
‑
二氟邻苯二甲酸酐、4,5
‑
二氟邻苯二甲酸酐、2,3,4,5
‑
四氟邻苯二甲酸酐、4
‑
氟邻苯二甲酸酐、3,4,5,6
‑
四氟苯酐、3,6
‑
二氟邻苯二甲酸酐、3
‑
氟酞酐中的至少一种。3.根据权利要求1或2所述的钙钛矿器件的制备方法，其特征在于，用以形成所述有机液膜的有机溶液中，溶质包括主溶质和次溶质，所述主溶质包括碘甲胺、溴甲胺、氯甲胺、碘甲脒、溴甲脒、氯甲脒中的至少一种，所述添加剂作为所述次溶质，所述添加剂的质量为所述有机溶液中溶质总质量的0.01％
‑
1％；优选的，所述添加剂的质量为所述有机溶液中溶质总质量的0.1％
‑
0.3％。4.根据权利要求3所述的钙钛矿器件的制备方法，其特征在于，所述有机溶液中，所述主溶质的浓度为70mg/mL
‑
100mg/mL。5.根据权利要求1所述的钙钛矿器件的制备方法，其特征在于，沉积所述金属卤化物膜的工艺包括干法工艺，所述干法工艺包括真空蒸镀工艺、磁控溅射工艺、原子层沉积工艺、反应等离子沉积工艺；优选的，所述金属卤化物膜的沉积速率为优选的，所述金属卤化物膜的材料包括碘化铅、溴化铅、氯化铅、碘化铯、溴化铯、氯化铯中的至少一种；优选的，所述金属卤化物膜的厚度为200nm
‑
400nm，所述钙钛矿层的厚度为3...

【专利技术属性】
技术研发人员：毕恩兵，汪翔，巴前凯，
申请(专利权)人：宣城先进光伏技术有限公司，
类型：发明
国别省市：