[发明专利]一种钙钛矿墨水及钙钛矿薄膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种钙钛矿墨水及钙钛矿薄膜的制备方法，其方法包括：取钙钛矿前驱体、配体溶剂以及载体溶剂混合均匀，制得以上所述的钙钛矿墨水；采用喷墨打印工艺在制备环境下将所述钙钛矿墨水打印至基板上，得到钙钛矿湿膜；在基板上方保持气体流速，使钙钛矿湿膜自然成核，形成钙钛矿预结晶干膜；在退火条件下，使得所述的钙钛矿预结晶干膜结晶固化形成钙钛矿薄膜。本发明通过配置钙钛矿墨水，使得钙钛矿薄膜能通过喷墨打印技术快速成型，并实现了对钙钛矿薄膜的精准控制。

技术领域

本发明涉及太阳能技术领域，尤其涉及一种钙钛矿墨水及钙钛矿薄膜的制备方法。

背景技术

钙钛矿材料拥有载流子迁移率高，带隙可调，制备合成工艺简单，成本低廉等特性，在太阳能光伏领域有着相当大的应用前景，目前实验室指标的钙钛矿电池光电转换效率已经超过25％。为了实现钙钛矿材料在光伏领域的工业生产和商业化应用，钙钛矿薄膜的大面积沉积工艺非常关键。

在制备工艺方面，钙钛矿薄膜可以通过蒸镀、丝印、旋涂、刮涂、狭缝涂和喷墨打印等多种方法实现，其中蒸镀的成本高，丝印的精度和厚度很难控制，旋涂不适于大规模生产。

目前产业界主要通过狭缝涂布的方式实现钙钛矿薄膜的均匀涂敷，该技术对设备的精度要求很高，涂布液体往往因为受力不稳定造成厚度不均匀等缺陷。其次，钙钛矿薄膜的结晶成相往往需要反溶剂萃取或真空闪蒸的方式实现，增加了成本的同时，可靠性也很难得到保证。如何使钙钛矿自然成核并与喷墨打印技术结合起来，是大规模连续的低成本工业化生产的关键。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，本发明提供了一种钙钛矿墨水及钙钛矿薄膜的制备方法，通过配置钙钛矿墨水，使得钙钛矿薄膜能通过喷墨打印技术快速成型，并实现了对钙钛矿薄膜的精准控制。

为了解决上述问题，本发明提出了一种钙钛矿墨水，所述钙钛矿墨水包括：钙钛矿前驱体、配体物以及载体溶剂，所述钙钛矿前驱体为基于ABX3结构的钙钛矿材料，其中：A为一价阳离子，B为二价阳离子，X为一价阴离子；

所述钙钛矿前驱体在所述载体溶剂中的质量百分含量为10-80wt％；

所述配体物与ABX3中B材料的摩尔比例为1：[0.5-1.5]。

所述A为钾、铯、铷、甲胺基或者甲脒基中的一种或几种阳离子；

所述B为铅、锡中的一种或几种阳离子；

所述X为卤族元素、类卤族元素中的一种或几种阴离子。

所述卤族元素为：碘、溴、氯。

所述配体物包括二甲基亚砜DMSO、氮甲基吡咯烷酮NMP、DPSO、DMSP中的至少一种。

所述载体溶剂包括二甲基甲酰胺DMF,二甲基亚砜DMSO,γ丁内酯GBL，2-ME，γ-戊内酯E中的至少一者。

相应的，本发明还提供了一种钙钛矿薄膜的制备方法，所述制备方法包括：

取钙钛矿前驱体、配体溶剂以及载体溶剂混合均匀，制得以上所述的钙钛矿墨水；

采用喷墨打印工艺在制备环境下将所述钙钛矿墨水打印至基板上，得到钙钛矿湿膜；

在基板上方保持气体流速，使钙钛矿湿膜自然成核，形成钙钛矿预结晶干膜；

在退火条件下，使得所述的钙钛矿预结晶干膜结晶固化形成钙钛矿薄膜。

所述制备环境为湿度小于40％的空气或惰性气体环境；所述基板温度控制在10-80摄氏度。

所述气体流速为0-5m/s。

所述退火条件为一步或多步加热退火。