[发明专利]钙钛矿薄膜及其制备方法、钙钛矿太阳能电池、光电器件

说明书

本发明涉及制备光电材料技术领域，具体涉及一种钙钛矿薄膜及其制备方法、钙钛矿太阳能电池、光电器件。该钙钛矿薄膜的制备方法，包括如下步骤：钙钛矿前驱液在基底上形成钙钛矿前驱液液膜，钙钛矿前驱液包含第一溶剂和钙钛矿前驱材料；将混合气体或气溶胶送入风刀，干燥，制得钙钛矿干膜，混合气体包括第二溶剂的蒸汽，气溶胶包括第二溶剂及第二溶剂的蒸汽，第二溶剂与第一溶剂具有互溶性；将钙钛矿干膜进行退火处理，制得钙钛矿薄膜。将反溶剂法与风刀吹气法有合起来，促进钙钛矿材料形核生长，从而制备出结晶均匀、无孔洞、高质量的钙钛矿薄膜。

技术领域

本发明涉及制备光电材料技术领域，具体涉及一种钙钛矿薄膜及其制备方法、钙钛矿太阳能电池、光电器件。

背景技术

近几年，金属卤化物杂化钙钛矿太阳能电池研究风靡全球，目前经权威机构认证的最高电池效率已经突破25%，该效率超过传统薄膜太阳能电池的效率，与商业化程度最高的晶硅太阳能电池效率相当，其在发光二极管、光电探测器等应用方面也有着优良的应用前景。

钙钛矿薄膜在科研阶段的实验室制备通常是采用旋涂法制备，然而旋涂法一般只能用于制备实验室级别的小面积钙钛矿薄膜。目前大面积钙钛矿薄膜的制备过程中，大多通过风刀吹气法或者加热等方式促进钙钛矿前驱液液膜的溶剂去除和形核结晶。而目前，风刀法所制备的钙钛矿薄膜与反溶剂法制备的薄膜成膜质量较差，导致其各项性能较低。因此，提供一种能够使用风刀法制备出性能优良、高质量的钙钛矿薄膜的制备方法显得尤为重要。

发明内容

本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种钙钛矿薄膜及其制备方法、钙钛矿太阳能电池、光电器件，特别涉及一种采用风刀辅助控制钙钛矿前驱液液膜形核结晶的方法。

反溶剂法为：从成分不同的物质中，仅分离或除去某种成分时，预先将该物质溶解在适当的溶剂中，添加与分离成分不相溶的溶剂，即反溶剂（负溶剂或逆溶剂），使之凝集沉降分离的方法。

本发明的发明构思为：通过将风刀吹气法和反溶剂法相结合，利用反溶剂与前驱液溶剂的互溶性以及反溶剂对钙钛矿材料的低溶解度，加快前驱液溶剂的挥发和去除，促进钙钛矿的形核结晶，最终使得大面积钙钛矿薄膜的性能得到提升。

本发明的第一方面提供一种钙钛矿薄膜的制备方法，包括如下步骤：

（1）钙钛矿前驱液在基底上形成钙钛矿前驱液液膜，所述钙钛矿前驱液包含第一溶剂和钙钛矿前驱材料；

（2）将混合气体或气溶胶送入风刀，干燥，制得钙钛矿干膜，所述混合气体包括第二溶剂的蒸汽，所述气溶胶包括所述第二溶剂及所述第二溶剂的蒸汽，所述第二溶剂与所述第一溶剂具有互溶性；

（3）将所述钙钛矿干膜进行退火处理，制得所述钙钛矿薄膜。

所述第二溶剂为所述第一溶剂在反溶剂法里的反溶剂。

相对于现有技术，该第一方面提供的一种钙钛矿薄膜的制备方法的有益效果如下：

本方法将实验室级别表现较好的反溶剂法与大面积制备钙钛矿薄膜的风刀吹气法有效结合起来，在高压气体经过钙钛矿前驱液液膜表面过程中，利用第二溶剂（反溶剂）与前驱液溶剂的互溶性带走钙钛矿前驱液液膜的溶剂、以及第二溶剂（反溶剂）对钙钛矿材料的低溶解度使钙钛矿前驱材料留在基底，结合高压气流，可以有效促进钙钛矿材料的形核生长，诱导钙钛矿取向生长，从而制备出均匀无孔洞、高结晶度的钙钛矿薄膜。该方法能够应用到高质量钙钛矿薄膜的制造。且含所述钙钛矿薄膜的钙钛矿太阳能电池的填充因子和光电转换效率分别超过0.75和21%。

优选的，所述第一溶剂包括γ-丁内酯、二甲基亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮中的至少一种；所述第二溶剂包括乙醇、异丙醇、氯苯、甲苯、乙酸乙酯、石油醚、氯仿中的中的至少一种。