[发明专利]一种钙钛矿薄膜的气相钝化方法及基于其的光伏器件

说明书

本发明公开了一种钙钛矿薄膜的气相钝化方法及基于其的光伏器件，所述方法包括以下步骤：(1)制备PbI₂薄膜，作为前驱体薄膜；(2)将MAI粉末与PbI₂薄膜置于管式炉中反应生成MAPbI₃钙钛矿薄膜；(3)将tBBAI粉末和MAPbI₃薄膜置于管式炉中反应产生钝化层，即得所述钙钛矿薄膜。本发明利用气‑固反应，以及I‑空位的填补，可以明显减少薄膜的缺陷，降低薄膜粗糙度、提高空穴层提取载流子的能力，提高器件光电转换效率；与此同时利用叔丁基的疏水性实现提高器件稳定性的目的，为大面积钙钛矿薄膜的钝化奠定基础。同时，本发明还将所制备的钙钛矿薄膜作为光吸收层，制备出FTO/SnO₂/MAPbI₃/tBBAI/Spiro‑OMeTAD/Ag结构的钙钛矿太阳能电池，首批电池光电转换效率达到17.28％，并表现出良好的长期稳定性。

技术领域

本发明涉及薄膜太阳能电池材料及器件领域，具体涉及一种钙钛矿薄膜的气相钝化方法及基于其的光伏器件。

背景技术

近年来，高效率、低成本的有机-无机钙钛矿太阳电池(PSC)由于其优异的光电性能而引起广泛关注，在过去10年中，它的光电转换效率(PCE)已经从2009年的3.8％提高到单结电池的25.5％和硅/钙钛矿串联电池的29.5％。除此以外，PSC还具有制造上的优势，它可以使用低成本的前驱体材料而且可以和柔性基底很好的兼容，它有望很快进入光伏市场。然而，仍需克服的主要障碍是同时提高性能和长期稳定性，而后者是商业化的一个重要问题。

PSC的稳定性包括外在稳定性和内在稳定性，外在稳定性是外部环境中的氧气和水分会加速PSC的降解。内在稳定性是钙钛矿薄膜存在的表面缺陷、晶界缺陷和空位缺陷，这些缺陷会降低薄膜的稳定性。此外缺陷的存在会降低载流子寿命，增加载流子的非辐射复合，降低器件的光电转换效率。

最近，采用在钙钛矿表面引入钝化材料的策略已经被证明是提高钙钛矿材料稳定性和效率的一种有效手段。但是，这些钝化制备方法由于采用溶液法仅适用于小面积钙钛矿薄膜的钝化，如专利CN109888105A、CN110620183A、CN109390472A等。因此，亟待开发出新型的钙钛矿薄膜的钝化方法，以推动钙钛矿器件的发展及应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钙钛矿薄膜的气相钝化方法及基于其的光伏器件，其可以有效解决钙钛矿的稳定问题和溶液钝化面积有限的难题。本发明操作简单易于实施，对于设备要求低，可有效降低制备成本。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种钙钛矿薄膜的气相钝化方法，所述方法包括以下步骤：

(1)制备PbI₂薄膜，作为前驱体薄膜；

(2)将MAI粉末与PbI₂薄膜置于管式炉中反应生成MAPbI₃钙钛矿薄膜；

(3)将tBBAI粉末和MAPbI₃薄膜置于管式炉中反应产生钝化层，即得所述钙钛矿薄膜。

优选地，所述步骤(1)中，通过溶液法或者热蒸发法制备PbI₂薄膜。所述溶液成膜工艺可采用旋涂、真空蒸发、喷涂、刮涂等。优选为旋涂法，具体是：将PbI₂溶于N,N-二甲基甲酰胺溶剂中，形成PbI₂溶液，然后将PbI₂溶液旋涂在基底上，再在70-150℃退火5-60min(最优选为100℃退火15min)，即获得PbI₂薄膜。

优选地，PbI₂薄膜的厚度为150-300nm。