[发明专利]一种高性能高稳定的FACs钙钛矿薄膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种高性能高稳定的FACs钙钛矿薄膜的制备方法，所述方法包括如下步骤：(1)将甲脒基钙钛矿前驱体溶液涂覆于基板上制备钙钛矿薄膜并进行退火；(2)对甲脒基钙钛矿薄膜进行甲酸铯溶液处理；(3)将步骤(2)处理后得到的钙钛矿薄膜再进行退火，即可。通过该方法处理得到的FACs钙钛矿薄膜稳定性大幅度改善，同时表面缺陷得到严格控制，基于该薄膜制备的器件表现出了优异的光伏性能。通过上述方法制备高性能FACs钙钛矿薄膜工艺简便，成本较低，适合工厂大规模生产。

技术领域

本发明涉及的一种高性能高稳定的FACs钙钛矿薄膜的制备方法，为一种通过使用甲酸铯后处理实现铯与钙钛矿薄膜中的有机胺进行离子交换来获得高性能高度稳定的FACs钙钛矿薄膜的方法。具体地，将获得的甲脒基钙钛矿薄膜进行甲酸铯溶液处理，然后对其钙钛矿薄膜进行二次退火，在此过程中铯离子与原有钙钛矿薄膜中的有机胺盐进行离子交换，从而形成FACs基钙钛矿薄膜，最终提升钙钛矿薄膜光电性能及稳定性。

背景技术

有机-无机杂化钙钛矿凭借低廉的成本、优异的光电特性、快速上升的光电转换效率等优点，成为光伏领域中明星材料。其中，基于甲脒铅碘(FAPbI₃)的钙钛矿材料相较于传统的甲胺铅碘(MAPbI₃)钙钛矿有着更窄的光学带隙，因而可以获得更广泛的光学吸收。更重要的是，相比于MAPbI₃钙钛矿，FAPbI₃钙钛矿具有高的热稳定性，是钙钛矿产业化的最佳选择。然而，目前使用纯FAPbI₃钙钛矿制备的光伏器件的光电转换效率较低。而且FAPbI₃在湿度条件下，极易发生相变：由α相(黑相)转变为δ相(黄相)，黄色的δ相不利于光生载流子的产生，因此其商业性发展也受到限制。

近年来，研究者们通过制备多组分的混合离子钙钛矿以改善甲脒基钙钛矿的器件性能及相稳定性。研究表明，MA⁺的引入可以增强α-FAPbI₃相的稳定性，但MA⁺较易挥发，光热稳定性也因此下降。相比于MA⁺,铯离子(Cs⁺)的掺杂能够显著改善其稳定性。但目前通过向前驱体中添加Cs⁺制备得到的FACs钙钛矿仍然面临着诸多问题，过多的掺杂会引起相分离、降低光伏性能，而前驱体中Cs含量较低时，对FA相稳定性改善不明显。因此，探究一种合适的方案制备FACs混合阳离子钙钛矿是十分必要的。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明提供了一种高性能高稳定的FACs钙钛矿薄膜的制备方法，为一种通过离子交换来改善甲脒基钙钛矿的光电性能及稳定性的方法，具体涉及在甲脒基钙钛矿薄膜上通过甲酸铯溶液进行处理。铯离子与薄膜中的有机阳离子发生离子交换，被交换出来的有机阳离子在随后的退火过程中逃逸出薄膜，从而形成高性能高稳定的FACs混合阳离子钙钛矿薄膜。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种高性能高稳定的FACs钙钛矿薄膜的制备方法，所述方法包括如下步骤：

(1)将甲脒基钙钛矿前驱体溶液涂覆于基板上制备钙钛矿薄膜并进行退火；

(2)对甲脒基钙钛矿薄膜进行甲酸铯溶液处理；

(3)将步骤(2)处理后得到的钙钛矿薄膜再进行退火，即可。

优选地，步骤(1)中，所述的甲脒基钙钛矿为纯甲脒基钙钛矿或混合有机胺钙钛矿。

优选地，步骤(1)中，所述钙钛矿薄膜的退火温度为100-170℃，时间为1-20min。

优选地，步骤(2)中，所述甲酸铯溶液的溶剂为异丙醇。

优选地，步骤(2)中，所述的甲酸铯溶液的浓度为0.1-15mg/mL。