[发明专利]一种快速去除卤化物钙钛矿薄膜表面缺陷的方法及其在钙钛矿太阳能电池中的应用

说明书

本发明公开了一种快速去除卤化物钙钛矿薄膜表面缺陷的方法及其在钙钛矿太阳能电池中的应用。该方法包括：将卤化物钙钛矿前驱体沉积在衬底上，退火晶化处理，得到钙钛矿薄膜，浸泡在洗涤溶剂中进行超声清洗处理，冲洗，挥干钙钛矿薄膜表面上的溶剂，得到去除表面富缺陷层的钙钛矿薄膜。该方法可在室温下快速完成，工艺流程简单、成本低。本发明可大幅度降低钙钛矿薄膜表面缺陷密度，减少电荷的非辐射复合损耗。将制备的低缺陷密度钙钛矿吸光层应用于钙钛矿太阳能电池时，刚性平面结构电池可获得超过20％的光电转化效率。本发明为高性能钙钛矿太阳能电池的大面积、快速制备打下了坚实的基础，同时在光电子器件、LED等领域亦有应用前景。

技术领域

本发明属于光电子材料与器件领域，具体涉及一种快速去除卤化物钙钛矿薄膜表面缺陷的方法及其在钙钛矿太阳能电池中的应用。

背景技术

由于煤、石油等化石燃料的日益枯竭及其使用对环境造成污染等问题，清洁能源的开发成为广泛关注的焦点。卤化物钙钛矿具有高的吸收系数、长的载流子扩散长度以及优异的载流子迁移率等特点，用其作为光活性层制备的钙钛矿太阳能电池在光伏领域已展现出广阔的发展前景。2009年首次报道的钙钛矿太阳能电池的光电转化效率为3.8％，到2019年已经提升到了25.2％，提升速度非常迅速。此外，卤化物钙钛矿薄膜在LED、光电探测器、激光器等诸多领域同样具有广阔的应用前景。

目前，钙钛矿薄膜的制备方法有旋涂法、化学气相沉积法、蒸镀法等。在卤化物钙钛矿薄膜的制备过程中往往会伴随着缺陷的形成，例如杂质、未完全反应的原料等成分缺陷或者空位、晶格畸变等晶体缺陷等。这些缺陷可捕获载流子，进而引起电荷的非辐射复合损失，从而影响器件的光电性能。研究表明，卤化物钙钛矿薄膜表面的缺陷密度比薄膜内部高2～3个数量级，界面复合是影响器件性能的主要因素之一。

采用有机盐、有机分子等材料钝化钙钛矿表面缺陷，进而抑制电荷的非辐射复合是提高钙钛矿太阳能电池光电转化效率最为常用的手段。虽然表面缺陷钝化是提高钙钛矿太阳能电池效率的有效方法，但是钝化层的引入不仅从材料和工艺上增加了太阳能电池的制备成本。同时，有机钝化材料的使用还将带来化学不稳定性。此外，钝化材料的选择往往因钙钛矿成分的不同而各异。2020年，Chen的研究发现，多晶钙钛矿薄膜表面的富缺陷层相对疏松，采用胶带粘贴法可去除该疏松缺陷(Chen et al.Joule,2020,4,1-14)。然而，多晶钙钛矿薄膜表面为纳米级别的粗糙面，机械的胶带粘贴无法彻底去除缺陷层。此外，胶带粘贴可能会在钙钛矿薄膜表面残留粘合剂，影响钙钛矿电极的性能。因此，发明一种工艺流程简单、成本低、重复性高、适用性广的新方法，以最大限度地降低钙钛矿表面缺陷密度，减少电荷的非辐射复合，进而制备性能优异的钙钛矿太阳能电池或其它钙钛矿光电子器件是十分必要的。

发明内容

为了克服现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种快速去除卤化物钙钛矿薄膜表面缺陷的方法及其在钙钛矿太阳能电池中的应用。

本发明的目的旨在提供一种简单、高效地去除卤化物钙钛矿薄膜表面富缺陷层的方法及其在钙钛矿太阳能电池中的应用。

本发明利用在不溶解、不分解卤化物钙钛矿的溶剂中对钙钛矿薄膜进行超声波清洗处理，以去除钙钛矿薄膜表面相对疏松的富缺陷层，该方法可在室温下快速完成。通过调节溶剂的极性、粘度等参数可有效去除钙钛矿薄膜表面的富缺陷层，大幅度降低薄膜表面缺陷密度，减少电荷的非辐射复合损耗，显著提高了钙钛矿太阳能电池的开路电压，实现了高光电转化效率的钙钛矿太阳能电池，并且具有很好的可重复性。

本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现。