[发明专利]一种钙钛矿膜及其制备与应用方法

说明书

技术领域

本发明属于太阳电池技术领域，特别涉及一种钙钛矿膜及其制备与应用方法。

背景技术

近年来兴起的钙钛矿型太阳电池具有效率高、成本低、质量轻，制作工艺简单、可制备成大面积柔性器件等突出优点而备受关注。自2009年以来，钙钛矿电池的发展十分迅速，由不到5％的效率发展到16％的效率仅用了不到四年的时间。因此该类型的太阳电池已成为光伏领域的研究热点。2013年，钙钛矿太阳电池的研究入选世界年度十大科技进展。

钙钛矿太阳电池具体来说是指用具有ABO₃构型的钙钛矿材料如CH₃NH₃PbX₃(X为Cl、Br、I卤素原子)等作为光吸收层的太阳电池。作为吸光层的钙钛矿薄膜的质量直接制约钙钛矿太阳电池的性能优劣。而关于钙钛矿膜的制备方法有两种:一步法和两步法。一步法是指将卤化铅如PbI₂与烷基卤化胺如CH₃NH₃I直接反应合成有机金属卤化物钙钛矿如CH₃NH₃PbI₃溶液。但是一步法合成时需要严格的控制实验条件，隔水隔氧，60℃加热12小时。实验条件不易控制，容易使钙钛矿氧化或分解，进而会影响到钙钛矿溶液的纯度。两步法是指现将卤化铅如PbI₂前驱体溶液旋涂在阳极上，然后再与烷基卤化胺如CH₃NH₃I反应，基底上原位生成有机金属卤化物钙钛矿薄膜。现有的两步法是将PbI₂浸泡在CH₃NH₃I的异丙醇溶液中，使之反应生产钙钛矿。采用此方法常导致PbI₂反应不完全，致使钙钛矿层有杂质PbI₂的存在。杂质PbI₂是电子与空穴的复合中心，直接影响器件性能。此外，此方法在反应过程中电池表面反应的速率不相同，常造成膜的厚度不一，致使所得钙钛矿薄膜的平整度较差。本发明采用两步法真空合成钙钛矿，先将卤化铅如PbI₂前驱体溶液旋涂在阳极上，在电池周围撒少许CH₃NH₃I粉末，盖上培养皿盖，在真空的条件下150℃热处理1-4小时后即可产生一层非常致密平整的钙钛矿薄膜。本发明所用制备方法有效解决了一步法中繁琐的实验条件，以及两步法中反应不完全与膜不平整的问题。用本发明所述方法制备的钙钛矿薄膜表现出优异的光伏性能。

发明内容

针对现有技术不足，本发明提供了一种钙钛矿膜及其制备与应用方法。

一种钙钛矿膜的制备方法，使用两步真空法，得到一层致密的钙钛矿膜。

一种钙钛矿膜的制备方法，其具体方法如下：

将卤化铅PbX₂前驱体溶液旋涂在空穴传输层上，加热烘干，然后将卤化铅膜移至真空干燥箱内，在卤化铅膜周围撒上烷基卤化胺粉末，盖上培养皿盖，加热使烷基卤化胺挥发出来与卤化铅直接反应生成一层致密的有机金属卤化物钙钛矿层。

所述X为Cl、Br或I。

所述卤化铅为PbI₂，烷基卤化胺为CH₃NH₃I，有机金属卤化物钙钛矿层为CH₃NH₃PbI₃。

所述卤化铅PbX₂前驱体溶液的溶剂为DMF(N,N二甲基甲酰胺)、γ-丁内酯中的一种或两种。

一种钙钛矿膜，所述钙钛矿膜是由上述方法制备得到的。

一种钙钛矿膜的应用方法，所述钙钛矿膜用于制备钙钛矿太阳电池。

所述钙钛矿太阳电池中透明导电金属氧化物层、空穴传输层、钙钛矿膜、电子传输层和金属电极层顺次相连。

所述空穴传输层的材质为高功函金属氧化物、p型共轭聚合物和p型导电聚合物中的一种或多种。

所述的电子传输层的材质为n型金属氧化物、富勒烯及其衍生物、n型共轭聚合物和n型导电聚合物中的一种或多种。

本发明的有益效果为：