[发明专利]一种经济环保的钙钛矿薄膜制备方法

说明书

本发明公开了一种经济环保的钙钛矿薄膜制备方法，制备工艺简单，不需要昂贵、复杂的设备，薄膜质量、薄膜均匀性好，基于该方法的钙钛矿太阳电池光电转换效率高。对原材料、有机溶剂的浪费非常少，所有溶剂都可以重复使用，实现了对材料的最大化利用；整个过程对环境污染极少，能耗低，能够经济环保地制备高质量钙钛矿薄膜，对钙钛矿太阳电池的效率提升、产业化推广起到巨大作用。

技术领域

本发明涉及钙钛矿太阳电池领域，尤其涉及用于大规模太阳电池组件的钙钛矿薄膜的制备方法。

背景技术

卤化物钙钛矿的元素组成为ABX₃，其中A为甲胺、甲脒或铯阳离子，B为铅、锡阳离子，X为碘、溴、氯阴离子，具有合适的禁带宽度和非常好的光学、电学性能，元素组成地壳含量丰富；钙钛矿太阳电池的理论极限光电转换效率比硅太阳电池更高，超过31％；一般只需要低于150℃的制备温度，污染小、能耗低，是最具潜力的新一代光伏发电材料。

钙钛矿太阳电池最近十几年内发展迅速，实验室小面积器件的光电转换效率已经超过25％，大面积器件的效率也超过了20％，但是其商业化大规模的应用还有几个方面的问题需要解决。首先，高效率钙钛矿器件在实验室中一般采用旋涂的方法制备，旋涂法扩展到大面积薄膜后很难保证薄膜质量，而刮涂、真空蒸发的方法制备的大面积钙钛矿也存在难以控制薄膜质量、设备昂贵的问题；其次，目前采用的钙钛矿薄膜的制备方法存在环境污染、资源浪费的问题，例如在制备过程中使用的有机溶剂二甲基亚酰胺、二甲基亚砜、反溶剂氯苯等都有毒性，且旋涂法接近90％的溶液都不能有效利用且无法回收，有非常大的污染隐患；最后，薄膜的制备过程的产率一般较低，对生产设备要求高，需要精确控制薄膜的厚度、表面形貌等，薄膜出现少量缺陷杂质都会影响其最终效率。

为了做到绿色无污染，经济成本低廉，生成效率高，产品良率高，同时兼顾大规模生产，目前钙钛矿薄膜制备方法还需要进一步的优化，以实现经济环保地制备钙钛矿薄膜，最大化发挥钙钛矿材料在光电转换中的潜力。

发明内容

本发明的目的在于提出一种经济环保的钙钛矿薄膜制备方法，实现资源高效利用，降低钙钛矿薄膜的制备成本和环境污染，推进钙钛矿太阳电池的商业化推广，最大程度利用太阳能资源。

为了实现上述目的，本发明提出的一种经济环保的钙钛矿薄膜制备方法，包括以下步骤：

A：按一定比例称取碘化铅、卤化铯、卤化甲胺、卤化甲脒，溶于二甲基亚砜、二甲基亚酰胺的混合溶液，配置成设计好化学计量比的前驱体溶液，所述前驱体溶液为A溶液；

B：称取一定量的氯化铅或溴化铅溶于特定低沸点溶剂中配置成B溶液；

C：将一定数量的制备好传输层的导电玻璃基底进行表面处理后，固定于敞口容器中；

D：将A溶液加入到C步骤的容器中，液面没过基底，加热溶剂搅拌；将B溶液快速注入容器，持续搅拌至溶液中出现大量晶体，停止搅拌并降温，在基底表面得到钙钛矿前驱体薄膜，取出后退火一定时间，得到钙钛矿薄膜；

E：将D步骤剩余溶液加热，将低沸点溶剂蒸发并冷凝回收低沸点溶剂，持续搅拌至无固体残余并回收前驱体溶液，重复步骤C、D、E制备薄膜。

优选地，加入的卤化铯为碘化铯、溴化铯、氯化铯中的一种或多种；加入的卤化甲胺为碘化甲胺、溴化甲胺、氯化甲胺中的一种或多种；加入的卤化甲脒为碘化甲脒、溴化甲脒、氯化甲脒中的一种或多种。

优选地，加入的氯化铅或溴化铅的浓度为0.1～10g/L。

优选地，B步骤所用的低沸点溶剂为弱极性易挥发溶剂，所述弱极性易挥发溶剂包括异丙醇、乙醇、甲醇、乙酸乙酯中的一种或多种。

优选地，C步骤所用的表面处理方法为紫外臭氧处理，时间大于10min，之后在表面旋涂一层聚乳酸后，100℃退火10min。