[发明专利]一种引入辣椒素的钙钛矿薄膜制备方法

说明书

本发明公开了一种引入辣椒素的钙钛矿薄膜制备方法，其特点是钙钛矿前驱体液中引入辣椒素，以提高钙钛矿薄膜的晶粒大小和钝化钙钛矿薄膜中缺陷，具体制备包括：前驱体液、PTAA薄膜和钙钛矿薄膜的制备。本发明与现有技术相比具有良好的成膜质量，引入的辣椒素能有效延缓钙钛矿的结晶过程，增大钙钛矿晶粒的尺寸，钝化钙钛矿中的缺陷，工艺简单，反应条件温和可控，添加的辣椒素为可再生的生物材料，成本低廉，尤其适用于大规模商业化生产。

技术领域

本发明涉及钙钛矿太阳能电池技术领域，具体地说是一种利用辣椒素提高钙钛矿晶粒尺寸和钝化钙钛矿中缺陷的钙钛矿薄膜制备方法。

背景技术

太阳能作为一种可再生能源，不仅清洁、环保、无污染，有较高的安全保障性，更是取之不尽、用之不竭的。太阳能对解决人类能源供给、缓解环境污染极其重要，由此产生的利用太阳能发电的课题也就具有了极为重要的意义。在众多太阳能电池中，有机无机杂化钙钛矿太阳能电池是当今最有前途的光伏技术之一。有机无机杂化钙钛矿具有较低的激子束缚能和载流子扩散长度，并且吸收系数较高，是制作光电器件的优良材料，并且钙钛矿太阳能电池具有成本低、制备简单、可大面积制备并可用于柔性器件等优势，具有广阔的应用前景。作为近年来科学界的热门话题之一，有关有机无机杂化钙钛矿太阳能电池的研究层出不穷，相关器件的飞速迭代也掀起了利用可再生能源的又一个新浪潮。科研人员投入极大精力到钙钛矿材料设计、器件结构优化、封装技术更新中去，从2009年钙钛矿太阳能电池首次被报道，到2012年其效率已经达到了10%，之后仅用了五年时间，钙钛矿太阳能电池的效率就达到了20%左右。而最新资料显示，研究人员已将钙钛矿太阳能电池能量转换效率提高到25%，直追已被认可的晶体硅太阳能电池26%的效率。

现有技术的钙钛矿薄膜制备方法，由于钙钛矿薄膜的软物质特性及其有机组分的易挥发性，容易在钙钛矿晶界处和表面上产生缺陷，这些缺陷会引起载流子的复合，限制钙钛矿太阳能电池的效率，并且这些缺陷对温度、湿度、氧等更加敏感，加速钙钛矿薄膜的降解，降低器件的稳定性，这也成为了目前其商业化道路上最大的绊脚石。因此，制备大晶粒尺寸和低缺陷态的高质量钙钛矿薄膜是获得高效稳定钙钛矿太阳能电池的关键。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足而提供的一种引入辣椒素的钙钛矿薄膜制备方法，通过引入辣椒素来延缓钙钛矿的结晶过程，以增大钙钛矿的晶粒尺寸，钝化钙钛矿中的缺陷，大大提高了钙钛矿的成膜质量，引入的辣椒素为可再生的生物材料，成本低廉，绿色环保，工艺简单，条件温和可控，适用于大规模商业化生产。

 实现本发明目的的具体技术方案是：一种引入辣椒素的钙钛矿薄膜制备方法，其特点是钙钛矿前驱体液中引入辣椒素，以提高钙钛矿薄膜的晶粒大小和钝化钙钛矿薄膜中缺陷，具体制备包括以下步骤：

a步骤：钙钛矿前驱体液的制备

将碘化铅和碘甲胺溶于N，N-二甲基甲酰胺与二甲基亚砜的混合溶液中，然后加入辣椒素，在60℃温度下混合溶解，配置成钙钛矿（CH₃NH₃PbI₃）前驱体溶液，其具体配制为：称取摩尔比为1.0mol:0.4~1.2mol的碘化铅和碘甲胺，加入N，N-二甲基甲酰胺与二甲基亚砜按1:0.1~0.5体积比的混合溶剂中，然后引入0.01~0.1wt%质量比的辣椒素，经充分溶解后配制成不同掺杂比的钙钛矿前驱体溶液。

b步骤：PTAA薄膜的制备

将PTAA与F4TCNQ按1.0:0.1~0.5质量比溶于氯苯溶剂中，在60℃温度下溶解，配置成PTAA含量为2 mg/ml的氯苯溶液为旋涂液，过滤后将其旋涂在导电玻璃基底（ITO）上，然后在150℃温度下退火10分钟，得到导电玻璃基底上的PTAA薄膜，所述旋涂时间为20~50秒，旋涂转速为5000转/秒。

c步骤：钙钛矿薄膜的制备