[发明专利]一种甲脒铅碘基钙钛矿太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种甲脒铅碘基(FAPbI₃)钙钛矿太阳能电池及其制备方法，其制备方法包括如下步骤：S1.得到预处理后的导电基底；S2.形成电子传输层；S3.在电子传输层表面制备FAPbI₃钙钛矿前驱薄膜；S4.将FAPbI₃钙钛矿前驱薄膜放置于湿度≥70％的环境中，形成纯黄色相FAPbI₃钙钛矿薄膜；S5.将纯黄色相FAPbI₃钙钛矿薄膜进行热退火处理形成纯黑色相的FAPbI₃钙钛矿薄膜；S6.形成空穴传输层；S7.形成电极，得到甲脒铅碘基钙钛矿太阳能电池。本发明采用气相法制备纯FAPbI₃钙钛矿作为光吸收层，避免了引入溶剂、甲胺、铯等元素产生的副作用，得到的器件光电转换效率高。

技术领域

本发明涉及太阳能电池领域技术领域，具体地，涉及一种甲脒铅碘基钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术

有机-无机杂化的钙钛矿材料具有较大的吸收系数，较长的载流子寿命以及合适且可调的禁带宽度等优异的性质，使得有机-无机杂化的钙钛矿太阳能电池成为了近几年来太阳能电池领域的研究热点。钙钛矿材料发展潜力巨大，基于有机-无机杂化的钙钛矿太阳能电池的光电转换效率在短短几年内就实现了由3.8％增加到25.5％的飞跃发展，同时使得作为光吸收层的厚度仅仅需要300nm左右。此外，钙钛矿材料具备的可调的禁带宽度的性质，使得钙钛矿材料不仅在太阳能电池的领域得到应用，而且在发光器件上也得到一定的应用。

目前采高效率的钙钛矿太阳能电池均是通过溶液法实现，溶液法中效率大于25％的钙钛矿太阳能电池，其钙钛矿组分一般为MA_0.05FA_0.85PbI₃。但是溶液法制备过程中引进的有机溶剂如DMSO，GBL，DMF对钙钛矿的成膜质量有诸多不确定性影响。而更为不利的是，这些溶剂均存在一定程度的毒性，如果后续处理不当，大规模应用必将导致严重的环境问题。

气相法是一种成熟的半导体制备工艺，具有完善的产业链，良好的工业基础。然而，目前采用气相法制备的钙钛矿太阳能电池的性能相对于溶液法制备的钙钛矿太阳能电池的性能有较大的差距，采用气相法制备的钙钛矿太阳能电池效率与溶液法制备的相比较低。目前采用气相法制备钙钛矿太阳能电池的原料一般为甲胺铅碘基(MAPbI₃)和碘化铅，或者采用Cs_0.15FA_0.85PbI₃体系。其中Cs、MA阳离子均为调节钙钛矿的容忍因子，可使钙钛矿结构更稳定。传统的纯FAPbI₃由于其容忍因子较大，在室温下是以黄色相存在，这种黄色相的带隙较大，不适合作为光吸收层。在加热条件下，纯黄色相的FAPbI₃会转变成纯黑色相，纯黑色相的FAPbI₃具有合适的带隙，是一种理想的太阳能电池光吸收层。通过掺入Cs、MA阳离子能使其黑色相更加稳定。但是，这些阳离子的掺入无疑会增大钙钛矿薄膜的能带隙，限制其理论极限效率。

因此，针对上述存在的问题，有必要提出更优化的解决方案。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种甲脒铅碘基钙钛矿太阳能电池。

本发明的另一目在于提供一种高效率的甲脒铅碘基钙钛矿太阳能电池的制备方法，该方法可显著提高气相法制备钙钛矿太阳能电池的效率，促进钙钛矿太阳能电池的产业化。

一种甲脒铅碘基钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：

S1.将导电基底进行预处理，得到预处理后的导电基底；

S2.在步骤S1预处理后的导电基底上形成电子传输层；

S3.采用甲脒碘与碘化铅为原料，使用蒸镀的方法在步骤S2形成的电子传输层的表面制备FAPbI3钙钛矿前驱薄膜；