[发明专利]一种拓宽钙钛矿吸光层加工窗口的方法及平面型钙钛矿太阳能电池

说明书

本发明公开了一种拓宽钙钛矿吸光层加工窗口的方法，在所述钙钛矿吸光层的制备过程中或制备完成后加入抗溶剂以拓宽钙钛矿吸光层的加工窗口，其中所述的抗溶剂为碳酸酯。该方法首次引入了一系列绿色新型碳酸酯类抗溶剂，可用于拓宽钙钛矿薄膜溶液加工窗口的制备，可解决目前钙钛矿吸光层加工窗口过窄，而难以控制合成高质量钙钛矿薄膜的技术难题。本发明还公开了一种平面型钙钛矿太阳能电池，该电池包括上述方法制备的钙钛矿吸光层。获得的钙钛矿太阳能电池器件的性能优良。

技术领域

本发明属于太阳能技术领域，具体涉及一种拓宽钙钛矿吸光层加工窗口的方法及平面型钙钛矿太阳能电池。

背景技术

有机无机杂化钙钛矿太阳能电池由于其工艺简单，制造成本低，极高的光电转换效率而备受人们的关注。有机无机杂化钙钛矿太阳能电池光电转换效率由2009年的3.8％迅速提升至如今的25.5％。钙钛矿太阳能电池发展迅猛的主要原因归因于钙钛矿材料的优异固有特性，例如高吸收系数，较长的载流子寿命(高达30μs)，较大的载流子扩散长度(1μm)和低激子结合能。此外，钙钛矿材料的另一个优势是钙钛矿薄膜的加工方式多样，包括一步或两步溶液反溶剂辅助沉积法，气相辅助溶液法，气相辅助制备法和真空沉积法，可显着降低生产成本。

目前，基于抗(反)溶剂的方法已成为通过调节钙钛矿晶体成核和晶体生长来制备致密且高度结晶的钙钛矿薄膜的大众方法。氯苯(CB)，甲苯(TL)和二乙醚(DE)是用于高效钙钛矿太阳能器件制造的最普遍使用的抗溶剂。然而人体长期接触CB会引起头晕，神经毒性和其他严重的健康问题；TL吸入后可导致窒息和先天畸形；DE是一种较安全的抗溶剂，但长期吸入后仍会引起头痛，头晕，疲劳和嗜睡。除了健康问题之外，这些常用的抗溶剂通常具有非常狭窄的加工窗口(通常少于2秒)，这意味着只有熟练的操作员才能操作抗溶剂辅助的钙钛矿加工过程。这严重影响了钙钛矿太阳能电池的大面积应用。

因此，需要引入绿色环保新型的抗(反)溶剂，用于拓宽钙钛矿薄膜溶液(拓宽钙钛矿吸光层)加工窗口的制备。

发明内容

本发明的目的在于提供一种拓宽钙钛矿吸光层加工窗口的方法，该方法首次引入了一系列绿色新型碳酸酯类抗溶剂，可用于拓宽钙钛矿薄膜溶液加工窗口的制备，可解决目前钙钛矿吸光层加工窗口过窄，而难以控制合成高质量钙钛矿薄膜的技术难题。

本发明的目的还在于提供一种平面型钙钛矿太阳能电池，该电池包括上述方法制备的钙钛矿吸光层。

本发明的上述第一个目的可以通过以下技术方案来实现：一种拓宽钙钛矿吸光层加工窗口的方法，在所述钙钛矿吸光层的制备过程中或制备完成后加入抗溶剂以拓宽钙钛矿吸光层的加工窗口，其中所述的抗溶剂为碳酸酯。

优选的，所述的碳酸酯为碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯和碳酸二丙酯一种或几种的混合。

作为本发明一种优选的技术方案，所述抗溶剂在采用旋涂法制备钙钛矿吸光层的过程中加入。

进一步的，所述抗溶剂在采用旋涂法制备钙钛矿吸光层的过程中加入时，包括以下步骤：在电子传输层上通过旋涂方式设置钙钛矿前驱液，在旋涂过程中第5～25s滴加抗溶剂，然后在100～110℃加热处理10～15min，得钙钛矿吸光层，所述钙钛矿吸光层的厚度为370～430nm。

优选的，所述抗溶剂的用量为200～450μL。

优选的，所述钙钛矿前驱液为碘化铅和碘甲胺的混合溶液，所述混合溶液中所述碘化铅和所述碘甲胺的摩尔比为1：0.8～1.10，所述混合溶液的溶剂为N-N-二甲基甲酰胺和二甲基亚砜，所述N-N-二甲基甲酰胺和二甲基亚砜的体积比为0：1～8：1。

更佳的，所述钙钛矿前驱液为碘化铅和碘甲胺的混合溶液，所述混合溶液中所述碘化铅和所述碘甲胺的摩尔比为1：0.9～1.0，所述混合溶液的溶剂为N-N-二甲基甲酰胺和二甲基亚砜，所述N-N-二甲基甲酰胺和二甲基亚砜的体积比为0.1：1～0.9：1。