一种钙钛矿墨水、钙钛矿薄膜及电池器件

本发明涉及钙钛矿太阳电池，尤其是涉及一种钙钛矿墨水、钙钛矿薄膜及电池器件。

背景技术：

1、有机-无机卤化物钙钛矿材料因其卓越的性能，在新型光伏技术中具有巨大潜力。其中，甲脒碘化铅(fapbi3)材料虽然具有的合适带隙(～1.5ev)和出色的热稳定性，但由于含有体积相对较大的fa+阳离子导致相结构不稳定，易从立方结构的活性相(α相)转变为六方结构的非活性相(δ相)。为解决这个问题，混合阳离子和阴离子的合金化方法调整晶体的戈德施密特容限因子是目前较为合适的途径，也是目前高效率器件采用的普遍方法。然而，混合阴阳离子体系的薄膜由于含有多种成分，由于复杂的相行为和结晶动力学，所得薄膜容易出现多尺度缺陷，如点缺陷、元素偏析、杂质相等。钙钛矿薄膜的异质性进一步影响光伏性能和器件的长期稳定性。

2、因此，在混合阳离子和阴离子体系中，实现纯相、均匀的钙钛矿薄膜是提高器件效率和操作稳定性的关键问题。溶液处理的钙钛矿薄膜通常包含杂质相，如混合溶剂相和δ相，他们在后处理过程中均需要转变为α相，但这种相转变过程伴随着多尺度缺陷的产生。制备均匀的钙钛矿薄膜是混合离子钙钛矿体系提升器件效率和稳定性需解决的一个关键问题，当钙钛矿薄膜在放大过程中这种异质性问题会更加严重。因此，进一步优化钙钛矿墨水成分，调控钙钛矿薄膜的形核和结晶过程，对于制备均一性的大面积钙钛矿薄膜，是亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明为了解决现有技术中存在的缺陷，提供一种钙钛矿墨水、钙钛矿薄膜及电池器件。本发明的钙钛矿墨水中钙钛矿形核的聚集势垒低，制备的钙钛矿湿膜只有纯钙钛矿α相，抑制钙钛矿湿膜的杂质相产生，可以获得更均匀的钙钛矿薄膜，适用于大面积薄膜制备。

2、为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、第一方面，本发明提供一种钙钛矿墨水，其组分包括甲脒基钙钛矿材料、配位溶剂和形核调控剂；

4、所述配位溶剂选自n-甲基吡咯烷酮(nmp)、二甲基亚砜(dmso)、二甲基乙酰胺(dma)、n,n-二甲基甲酰胺(dmf)、1,3-二甲基-2-咪唑啉酮(dmi)、γ丁内酯(gbl)中的一种或几种；

5、所述形核调控剂选自3-氨甲基吡啶、2-氨基-5-氟吡啶、2-氨基-4-氟吡啶、3-氨基-5-氟吡啶、2-氨基-6-氟吡啶、2-氨基-5-氯吡啶、3-氨基-5-氯吡啶、2-氨基-5-溴吡啶、2-氨基-5-碘吡啶、2-氨基-5-甲基吡啶、2-氨基-5-乙基吡啶、2-氨基-4-三氟甲基吡啶、2-氨基-5-三氟甲基吡啶、3-氨基-4-三氟甲基吡啶、4-氨基-2-三氟甲基吡啶中的至少一种。

6、优选地，所述甲脒基钙钛矿材料为abx3结构，a由含量m的fa+与含量n的其它离子组成，所述其它离子为k+、rb+、cs+、ma+、ea+、ga+、rnh3+中的一种或几种，其中m+n＝1，0<m≤1，0≤n≤1，b为pb2+、sn2+中的一种或两种，x为cl-、br-或i-中的一种或几种。

7、优选地，所述甲脒基钙钛矿材料占钙钛矿墨水的含量为1.2～1.73mol/l。

8、优选地，所述形核调控剂占甲脒基钙钛矿材料的摩尔含量为0.01～1mol％。

9、优选地，所述配位溶剂为dmf和dmso的混合溶剂，所述dmf和dmso的体积比为(1～9)：(1～5)。

10、第二方面，本发明提供一种所述钙钛矿墨水的制备方法，包括将甲脒基钙钛矿材料、形核调控剂和配位溶剂混合即得。

11、第三方面，本发明提供一种钙钛矿薄膜的制备方法，由所述钙钛矿墨水制备得到。

12、优选地，所述钙钛矿薄膜的制备方法包括以下步骤：

13、(1)清洁导电玻璃基板；

14、(2)在所述导电玻璃基板上制备空穴传输层；

15、(3)在所述空穴传输层上涂覆所述钙钛矿墨水并加入反溶剂后处理得到钙钛矿薄膜。

16、优选地，所述步骤(3)的处理包括不限于退火处理、保护气氛中自然挥发、空气氛围中自然挥发。

17、第四方面，本发明提供一种由所述钙钛矿薄膜的制备方法制备得到的钙钛矿薄膜。

18、优选地，所述钙钛矿薄膜是纯钙钛矿α相。

19、第五方面，本发明提供一种电池器件，包括所述钙钛矿薄膜。

20、优选地，所述电池器件的结构从下至上依次为所述钙钛矿薄膜、钝化层、电子传输层和顶电极。

21、本发明的有益效果是：

22、本发明的钙钛矿墨水通过加入形核调控剂能显著降低排斥相互作用能，钙钛矿形核的聚集势垒更低，更利于聚集形核。

23、本发明利用所述钙钛矿墨水制备得到的钙钛矿湿膜只有纯钙钛矿α相，抑制钙钛矿湿膜的杂质相产生，有效增强钙钛矿的结晶，提高钙钛矿薄膜质量，得到的钙钛矿薄膜埋底界面较为致密，未观察到孔洞形成并展示了更窄的发射峰波长分布。并且添加形核控制剂后可以显著改变钙钛矿形核行为，对于薄膜制备工艺的要求降低。

24、本发明提供的钙钛矿墨水制备的钙钛矿薄膜均一性更好，适用于大面积薄膜制备，用其制备的电池器件电化学性能和稳定性更优。

技术特征：

1.一种钙钛矿墨水，其特征在于，其组分包括甲脒基钙钛矿材料、配位溶剂和形核调控剂；

2.根据权利要求1所述的钙钛矿墨水，其特征在于，所述甲脒基钙钛矿材料占钙钛矿墨水的含量为1.2～1.73mol/l。

3.根据权利要求1所述的钙钛矿墨水，其特征在于，所述形核调控剂占甲脒基钙钛矿材料的摩尔含量为0.01～1mol％。

4.根据权利要求1～3任意一项所述的钙钛矿墨水，其特征在于，所述甲脒基钙钛矿材料为abx3结构，a由含量m的fa+与含量n的其它离子组成，所述其它离子为k+、rb+、cs+、ma+、ea+、ga+、rnh3+中的一种或几种，其中m+n＝1，0<m≤1，0≤n≤1，b为pb2+、sn2+中的一种或两种，x为cl-、br-或i-中的一种或几种。

5.一种权利要求1～4任意一项所述的钙钛矿墨水的制备方法，其特征在于，包括将甲脒基钙钛矿材料、形核调控剂和配位溶剂混合即得。

6.一种钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，由权利要求1～4任意一项所述的钙钛矿墨水制备得到。

7.根据权利要求6所述的钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)的处理包括但不限于退火处理、保护气氛中自然挥发、空气氛围中自然挥发。

9.一种由权利要求6～8任意一项所述的钙钛矿薄膜的制备方法制备得到的钙钛矿薄膜。

10.一种电池器件，其特征在于，包括权利要求9所述的钙钛矿薄膜。

技术总结
本发明涉及钙钛矿太阳电池技术领域，尤其是涉及一种钙钛矿墨水、钙钛矿薄膜及电池器件，所述钙钛矿墨水的组分包括甲脒基钙钛矿材料、配位溶剂和形核调控剂。本发明的钙钛矿墨水中钙钛矿形核的聚集势垒低，制备的钙钛矿湿膜只有纯钙钛矿α相，抑制钙钛矿湿膜的杂质相产生，可以获得更均匀的钙钛矿薄膜，适用于大面积薄膜制备。

技术研发人员：张文华,林埔安,蔡冰
受保护的技术使用者：云南大学
技术研发日：
技术公布日：2025/2/17