[发明专利]一种优化钙钛矿晶体薄膜形貌的方法

说明书

本发明公开了一种蒸汽退火辅助钙钛矿晶体薄膜沉积的方法，属于光电领域。我们根据薄膜退火机制，创造性地提出通过改变溶剂蒸汽与钙钛矿晶体薄膜之间的温度差实现了对钙钛矿晶体薄膜生长过程的调控；更进一步地，我们通过改变溶剂的使用量或者溶剂的蒸汽压达到了调控钙钛矿晶体薄膜形貌的目的。蒸汽辅助退火可以是单次退火，亦可以是多次连续或者循环退火。相较于常规退火方法处理的器件，基于溶剂蒸汽退火处理过的钙钛矿薄膜的平板异质结太阳能电池器件的效率展现出了较大的提升，在未对阴极进行修饰的条件下效率达到了15.0%，高于大部分文献报道相似器件结构的效率。

技术领域

本发明涉及一种优化钙钛矿晶体薄膜形貌的方法，属于光电领域。

技术背景

有机-无机杂化钙钛矿材料具有原料来源广泛、制作成本低廉、载流子迁移率较高、激子结合能较小、激子扩散距离较长、光电性能易调控等诸多优点，已经在太阳能电池、电致发光二极管、光电探测器以及半导体激光器等领域展现出了巨大的应用潜能，成为了最近几年来学术界的热门研究对象。得益于科研工作者的不懈努力，基于钙钛矿薄膜的太阳能电池技术近年来取得了突飞猛进的发展。根据文献的报道，目前的效率已经迈过了20%的门槛，甚至达到了23%，直逼晶硅电池的实验室效率26%，证明了其具有良好的商业化前景。

尽管钙钛矿太阳能电池的效率已经取得了较大的突破，但是器件中仍然存在一些问题亟待解决，如钙钛矿薄膜形貌的控制、优化、大面积生长及其重复性等。虽然与钙钛矿层形貌有关的研究不胜枚举，但是钙钛矿晶体薄膜形貌随机性较大，且在重复性方面的表现差强人意。优化钙钛矿的晶型形貌有助于进一步提升器件的效率，主要的着力点在于如何获得致密、晶粒尺寸较大且均一、缺陷态密度较小的钙钛矿晶体薄膜。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种优化钙钛矿晶体薄膜形貌的方法。

本发明的技术方案具体如下：

将钙钛矿晶体薄膜置于密闭的有机溶剂的蒸汽氛围内，进行差热退火处理，所述蒸汽的温度为100℃，钙钛矿晶体薄膜的温度比蒸汽温度低10~50℃。

所述有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、二甲亚砜、γ-丁内酯、甲胺或乙腈中的一种或几种。

退火时间为1小时。

本发明方法可以实现对薄钙钛矿晶体生长过程以及薄膜表面形貌的调控，进而提升钙钛矿太阳能电池的功率转化效率。

在上述技术方案中，我们创造性地提出新的蒸汽热退火方法，即所述的温差退火法。

在上述技术方案中，退火采用的装置包括金属密闭腔体和腔体密封盖，金属密闭腔体的底部放置用于调控温差的玻璃片，用于退火的钙钛矿晶体薄膜置于玻璃片之上。金属密闭腔体传热更为有效，腔体温度更加均匀。

在上述技术方案中，可以通过改变溶剂的使用量即蒸汽压的大小实现对钙钛矿薄膜生长过程的调控。

本发明方法的有益效果是：

（1）通过利用蒸汽蒸汽辅助退火方法，蒸汽蒸汽可以诱导钙钛矿晶粒长大，减少晶界的数量，增加晶界的长度；

（2）通过利用蒸汽蒸汽辅助退火方法，蒸汽蒸汽退火处理后的钙钛矿薄膜表面平整度有了明显的提高，结构致密且孔洞变少，可以显著降低钙钛矿的缺陷态密度，降低激子在晶界等界面陷阱处的复合概率；

（3）通过利用蒸汽蒸汽辅助退火方法，蒸汽退火处理后的钙钛矿晶体尺寸更加均一；

（4）通过利用蒸汽辅助退火方法，可以显著提升载流子迁移率、增加激子的扩散长度，有助于器件效率的提升。

（5）通过利用蒸汽辅助退火方法，可以通过调控蒸汽与钙钛矿晶体薄膜二者之间的温度差实现对晶体生长过程的调控。

附图说明