[发明专利]一种高湿环境下制备高质量甲脒基钙钛矿薄膜的方法及其制备的太阳能电池

说明书

本发明公开了一种高湿环境下制备高质量甲脒基钙钛矿薄膜的方法及其制备的太阳能电池，在50％‑70％的高湿环境下，将甲脒基钙钛矿前驱体溶液旋涂于基体上，在旋涂过程中将包含庚胺的反溶剂滴加至旋涂的薄膜上，经退火处理得到甲脒基钙钛矿薄膜。基于上述甲脒基钙钛矿薄膜构筑得到的钙钛矿太阳能电池的光电转换效率可达23.7％，同时具有高稳定性，在环境空气中老化1500h后仍保持95％的初始PCE，且太阳能电池在一个太阳光强度下照射500h，其最大功率点始终保持稳定。

技术领域

本发明涉及光电功能材料领域，具体涉及一种高湿环境下制备高质量甲脒基钙钛矿薄膜的方法及其制备的太阳能电池。

背景技术

有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池具有高吸收系数、宽吸收范围、可调带隙、长载流子扩散长度等优越的光电特性，其中甲脒基钙钛矿较之甲胺铅碘等钙钛矿太阳能电池具有更窄的禁带宽度和更好的稳定性，已被广泛应用于高性能太阳能电池的制备。但目前高质量的甲脒基钙钛矿薄膜对制备环境和储存环境的湿度的要求极高，由于水分在制备过程中会阻碍黑色甲脒相的形成，且形成的黑色甲脒相在潮湿的环境中容易转变为光不敏感的黄色甲脒相，从而影响钙钛矿太阳能电池的光电转换效率。

目前通常通过引入添加剂的方式来提高湿度空气中制备甲脒基钙钛矿薄膜的性能以及稳定性，北京大学的刘等人(Liu,Y.Zhou,Z.Li,L.and et.al,Stable Formamidium-Based Perovskite Solar Cells via in situ Grain Encapsulation,Adv.EnergyMater.)通过向甲脒基钙钛矿薄膜中引入二氧化硅，对钙钛矿晶粒进行了原位封装，形成的SiO₂封装层有效阻绝了空气中的水蒸气对钙钛矿晶粒的侵蚀，提升了钙钛矿的相稳定性，实现了19.5％的能量转化效率，且在湿度为10％、温度为25℃的环境空气中可稳定1000h。此外，专利CN114188487A公开了一种利用含乙酸铵的反溶剂制备钙钛矿太阳能电池的方法，通过一步反溶剂法在大气环境下(30％-40％的湿度)下将乙酸铵引入到钙钛矿太阳能电池中，利用乙酸铵中的NH⁴⁺使得中间相发生阳离子交换过程，从而延缓结晶，以及利用Ac^-和钙钛矿中A位阳离子形成氢键，从而使中间相更稳定，以提高太阳能电池的效率和稳定性，制备得到的钙钛矿电池最高效率可达20.41％，将其在大气环境中无封装条件下保存30天维持原效率的82％。上述方法仍需在较低湿度的环境下制备和储存，湿度对钙钛矿电池的稳定性仍产生较大影响。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种高湿环境下制备高质量甲脒基钙钛矿薄膜的方法及其制备的太阳能电池，通过反溶剂法在50％～70％的环境湿度下将庚胺引入到钙钛矿薄膜中，促进黑色甲脒相的形成，制备得到具有高光电转换效率以及稳定性的甲脒基太阳能电池。

为解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：

本发明第一方面提供了一种高湿环境下制备高质量甲脒基钙钛矿薄膜的方法，将甲脒基钙钛矿前驱体溶液旋涂于基体上，在旋涂过程中将包含庚胺的反溶剂滴加至旋涂的薄膜上，经退火处理得到甲脒基钙钛矿薄膜。

进一步地，所述甲脒基钙钛矿前驱体溶液为按比例配制的Cs_x(FAPbI₃)_y(MAPbBr₃)_1-y溶液，0≤x≤0.05、0.85≤y≤0.95，例如Cs_0.05(FAPbI₃)_0.95(MAPbBr₃)_0.05。

进一步地，所述高湿环境的湿度为50％～70％的空气环境。

进一步地，所述旋涂的过程具体为：先将甲脒基钙钛矿前驱体溶液以500-2000rpm的速度旋涂5-10s，再以300-6000rpm的速度旋涂10-30s，在剩余5-10s旋涂过程中滴加包含庚胺的反溶剂。