[发明专利]钙钛矿薄膜的制备方法及钙钛矿太阳能电池器件

说明书

本发明公开一种钙钛矿薄膜的制备方法及钙钛矿太阳能电池器件，其中，钙钛矿薄膜的制备方法包括下述步骤：(1)配制钙钛矿前驱体溶液，然后在其中添加反溶剂乙醚，混匀；(2)在基板表面滴加含有乙醚的钙钛矿前驱体溶液、开始旋涂，旋涂过程中滴加反溶剂甲苯，对钙钛矿表面进行冲淋；(3)旋涂结束后，对所得钙钛矿薄膜中间产物进行热退火处理，得到钙钛矿薄膜。将乙醚加入到钙钛矿前驱体溶液中可控制钙钛矿晶体的生长，制备出的具有更为均匀的晶粒尺寸和更小表面粗糙度的钙钛矿薄膜，有利于提高载流子迁移率和扩散长度，提高电荷传输能力；将其用作钙钛矿太阳能电池器件的活性层，能够有效改善器件的光伏性能。

技术领域

本发明涉及钙钛矿薄膜，特别涉及一种钙钛矿薄膜的制备方法以及以该方法制得的钙钛矿薄膜为活性层的太阳能电池器件，属于钙钛矿半导体电池器件领域。

背景技术

1983年，德国矿物学家古斯塔夫·罗斯在俄罗斯境内发现了一种特殊的矿石样本，其主要成分是钛酸钙(CaTiO₃)，他使用地质学家L.A.Perovski的名字命名了这种矿石。后来，和这种矿石有着相似分子结构的其他化合物也都被称为perovskite，即我们现在所说的钙钛矿。钙钛矿材料分子结构可用ABX₃表示，B代表金属阳离子(比如Pb²⁺或Sn²⁺)位于八面体核心位置；X代表卤素阴离子(I^-、Cl^-或者Br^-)位于面中心位置；A代表阳离子，可以是钙、钾、钠、铅或其他稀有金属元素，在有机-无机杂化钙钛矿情况下，A也可以是有机阳离子(比如甲胺基阳离子CH₃NH₃)，它位于立方晶体顶角，中和了结构整体带电性。这种特殊的晶体结构使它具备了很多独特的理化性质，比如较强的光吸收特性、双极性电荷传输特性、较低的电子结合能、较长的电子空穴扩散长度、合适的且可调整的带宽等等。这些优异的性能表现使得钙钛矿太阳能电池近年来发展迅速，引起了人们广泛的关注。

对于以钙钛矿薄膜为活性层的器件来说，钙钛矿薄膜的晶胞生长以及表面形貌对以钙钛矿薄膜为活性层的器件的一系列参数，包括器件的电压-电流密度、流明效率，填充因子、光电转换效率起着至关重要的作用。太阳能电池发展至今，科研学者们深入研究钙钛矿材料的结晶特性和结晶机理，探索出了多种成熟的钙钛矿薄膜制备工艺。其中，“一步溶液法”是最早应用于制备钙钛矿活性层薄膜的方法，也是最简单的一种制备方法。此方法是在钙钛矿前驱体溶液旋涂过程中滴加一定量的反溶剂，使钙钛矿材料快速从原溶剂中析出，再进行热退火去除多余溶剂。而且，该方法通常在溶剂中添加二甲基亚砜(DMSO)或在溶质中添加少量的CH₃NH₃Cl、PbCl₂或NH₄Cl以加入Cl元素调控钙钛矿成核和晶体生长。这种操作工艺制备得到的钙钛矿薄膜品质容易受前驱体浓度、热退火温度和时间，旋涂速率等因素的影响。因此，如何采用“一步溶液法”制备钙钛矿薄膜，提高钙钛矿材料的结晶性，以获得晶胞尺寸更为均匀、粗糙度更小等条款薄膜是亟需解决的问题。

发明内容

发明目的：针对现有的钙钛矿薄膜制备方法存在的问题，本发明提供一种新的钙钛矿薄膜制备方法，可制备出高品质的钙钛矿薄膜；另外，本发明还提供一种采用该方法制备的钙钛矿薄膜为活性层的钙钛矿太阳能电池器件。

技术方案：本发明所述的一种钙钛矿薄膜的制备方法，包括下述步骤：

(1)配制钙钛矿前驱体溶液，然后在其中添加反溶剂乙醚，混匀；

(2)在基板表面滴加含有乙醚的钙钛矿前驱体溶液、开始旋涂，旋涂7～10s后在基板上滴加反溶剂甲苯、对钙钛矿表面进行冲淋；

(3)旋涂结束后，对所得钙钛矿薄膜中间产物进行热退火处理，得到钙钛矿薄膜。