[发明专利]一种钙钛矿薄膜及其制备方法与应用

说明书

本发明提供一种高效、稳定的钙钛矿薄膜及其制备方法与应用，涉及到太阳能电池领域。本发明采用简单的在钙钛矿前驱体溶液中添加添加剂；所述添加剂选自下式(1)所示的碘化物的一种或多种：C₄H_nX_8‑nI₂(1)。其中，X为F或Cl，n为0～8的整数，例如0、1、2、3、4、5、6、7或8。最终制备出一种致密、高效的稳定钙钛矿薄膜，将其制备成太阳能电池后，电池的效率得到了极大的提高；且稳定性很高，即在两个月的室外存储下仍能保持初始效率的80％以上，此种简便、有效的方法，为探索钙钛矿太阳能电池的实际应用提供了一种可能。

技术领域

本发明涉及钙钛矿太阳能电池技术领域，特别是一种钙钛矿薄膜及其制备方法与应用。

背景技术

太阳能作为世界上最丰富的可再生能源，取之不尽，用之不竭，具有清洁、安全和无污染等特点，成为解决环境污染的一个理想方案。有效利用太阳能的一种途径是制备太阳能电池。有机无机杂化钙钛矿(其结构为ABX₃，A代表有机阳离子，B代表Pb，Cd或Sn元素，X代表卤元素)太阳能电池成为近年来太阳能电池领域的一颗新星，此类钙钛矿具有吸光范围宽、消光系数高及禁带宽度可调控等优点，从2009年第一次被应用到染料敏化太阳能电池至今，短短的几年时间内，其光电转化效率从3.8％提高到了22.1％。

在制备钙钛矿电池的过程中，钙钛矿的成膜质量和器件的稳定性成为了决定器件效率及其商业化应用的关键因素。Adv.Mater.2014,26,3748-3754公开了一种向钙钛矿中添加添加剂来促薄膜结晶的方法，其方法是将1,8-二碘辛烷加入到钙钛矿的前驱体溶液中，来得到平滑的薄膜，不足之处是此种方法制备的器件效率不高，以及稳定性并没有得到提高。

发明内容

为了改善上述问题，本发明提供一种钙钛矿薄膜，所述钙钛矿薄膜的前驱体溶液包含CH₃NH₃I、PbI₂和添加剂；所述添加剂选自下式(1)所示的碘化物的一种或多种：

C₄H_nX_8-nI₂ (1)

其中，X为F或Cl，n为0～8的整数，例如0、1、2、3、4、5、6、7或8。

优选地，所述添加剂占CH₃NH₃I和PbI₂总质量的3％-10％，优选为4％-8％。

优选地，所述前驱体溶液还包含DMF和/或DMSO。

本发明还提供上述钙钛矿薄膜的制备方法，所述方法包括如下步骤：

1)配置钙钛矿前驱体溶液：将钙钛矿溶液与添加剂混合得到钙钛矿前驱体溶液；

2)将步骤1)得到的钙钛矿前驱体溶液旋涂在电子传输层之上，得到钙钛矿薄膜。

步骤1)中，

根据本发明，所述钙钛矿溶液中的钙钛矿可以为CH₃NH₃PbI₃。

根据本发明，将所述钙钛矿溶液添加添加剂后，在50-70℃，优选60℃搅拌，得到澄清透明的黄色溶液，过滤后得到钙钛矿前驱体溶液。

步骤2)中，

根据本发明，所述电子传输层为TiO₂电子传输层。

根据本发明，所述旋涂分两步进行，第一步的转速为800-1200rpm，时间为5-20s；第二步的转速为3500-4500rpm，时间为30-50s。