一种钙钛矿器件的制备方法与流程

本发明涉及钙钛矿器件，具体涉及一种钙钛矿器件的制备方法。

背景技术：

1、近年来，环境污染和能源短缺问题成为世界关注的焦点。太阳能以其储量高、分布广、可再生、无污染等特点被认为是解决能源短缺和环境污染问题的关键。太阳能电池作为利用太阳能的有效方式，其基本原理是利用光生伏特效应将太阳辐射能直接转换为电能。钙钛矿太阳能电池(psc)作为第三代新型太阳能电池，凭借其低成本、制备工艺简单、效率高等优势成为太阳能电池领域中一颗冉冉升起的新星。钙钛矿太阳能电池通常包括依次层叠的第一电极、第一载流子传输层、钙钛矿层、第二载流子传输层和第二电极，钙钛矿层作为钙钛矿太阳能电池的光吸收层，其薄膜质量直接影响了钙钛矿太阳能电池的光电转换性能，其晶体结构稳定性直接影响了钙钛矿太阳能电池的结构稳定性。

2、钙钛矿层中具有卤素离子，卤素离子具有较低的迁移势垒，这使得钙钛矿晶格中的卤素离子容易移动，进而造成相分离现象；特别是在光照条件下，即钙钛矿太阳能电池工作时，相分离尤其严重，这影响了钙钛矿晶体结构的稳定性，进而影响了钙钛矿太阳能电池的稳定性。

技术实现思路

1、因此，本发明要解决的技术问题在于如何提高钙钛矿晶体结构的稳定性，从而提供一种钙钛矿器件的制备方法。

2、本发明提供一种钙钛矿器件的制备方法，包括以下步骤：形成固态的金属卤化物膜，所述金属卤化物膜中含有金属卤化物和添加剂，所述添加剂含有胍基；在所述金属卤化物膜的表面形成有机液膜，所述有机液膜中含有甲眯基团或胺基团，所述有机液膜与所述金属卤化物膜反应生成钙钛矿中间体；对所述钙钛矿中间体进行第一退火得到三维钙钛矿膜。

3、可选的，所述添加剂含有多个胍基。

4、可选的，所述添加剂为双胍盐。

5、可选的，所述双胍盐包括缩二胍盐、丁基双胍盐酸盐、二甲双胍盐酸盐、吗啉双胍盐酸盐、苯乙双胍盐酸盐、聚六亚甲基双胍盐酸盐、1-(3-氯苯基)双胍盐酸盐、(4-氟苯基)双胍盐酸盐、1-[4-(三氟甲氧基)苯基]双胍盐酸盐、1-(3-氟苯基)双胍盐酸盐、双胍辛胺乙酸盐、双氯苄氨胍盐酸盐中的至少一种。

6、可选的，所述金属卤化物膜中，所述添加剂的摩尔量与所述金属卤化物的总摩尔量的比值为0.01-0.05。

7、可选的，所述金属卤化物膜中含有至少一种金属卤化物。

8、可选的，形成所述金属卤化物膜的步骤包括：配置金属卤化物溶液，所述金属卤化物溶液中含有所述金属卤化物和所述添加剂；利用所述金属卤化物溶液形成金属卤化物液膜；对所述金属卤化物液膜进行第二退火，得到金属卤化物膜。

9、可选的，所述金属卤化物溶液中，所述添加剂的浓度为0.25mg/ml-5mg/ml，所述金属卤化物的总摩尔浓度为1mol/l-1.6mol/l。

10、可选的，所述添加剂的浓度为0.5mg/ml-2.5mg/ml。

11、可选的，所述金属卤化物溶液中，溶剂包括二甲基甲酰胺、二甲基亚砜中的至少一种，所述金属卤化物包括碘化铅、溴化铅、氯化铅、碘化铯、溴化铯、氯化铯中的至少一种。

12、可选的，形成所述金属卤化物液膜的工艺包括旋涂工艺、喷涂工艺、狭缝涂布工艺或刮涂工艺。

13、可选的，采用旋涂工艺形成所述金属卤化物液膜的参数包括：转速为1000rpm-3000rpm，旋涂时间为30s-60s。

14、可选的，所述第二退火的温度为70℃-100℃，所述第二退火的时间为0s-90s。

15、可选的，采用真空蒸镀工艺形成所述金属卤化物膜。

16、可选的，形成所述有机液膜的工艺包括旋涂工艺、喷涂工艺、狭缝涂布工艺、刮涂工艺。

17、可选的，用以形成所述有机液膜的有机溶液中，溶质的总浓度为0.3mol/l-0.6mol/l，溶质包括碘化甲眯、溴化甲眯、氯化甲眯、碘化甲胺、溴化甲胺、氯化甲胺中的至少一种，溶剂包括异丙醇、乙醇中的至少一种。

18、可选的，所述第一退火的温度为100℃-150℃，所述第一退火的时间为5min-30min。

19、可选的，所述钙钛矿器件包括单结钙钛矿太阳能电池、叠层钙钛矿太阳能电池。

20、本发明技术方案，具有如下优点：

21、本发明提供的钙钛矿器件的制备方法，采用两步法形成三维钙钛矿膜，位于金属卤化物膜中的含有胍基的添加剂，在形成三维钙钛矿膜之后均匀分布在钙钛矿晶界处。添加剂在钙钛矿晶界处的分布，一方面，提高了卤素离子的迁移势垒，增大了钙钛矿晶格中的卤素离子移动的难度，从而抑制了相分离现象，提高了钙钛矿晶体结构的稳定性，进而提高了钙钛矿太阳能电池的稳定性；一方面，能够调控钙钛矿的成核和结晶生长过程，不仅提高了钙钛矿膜的结晶性，还增大了钙钛矿晶粒的尺寸，减少了钙钛矿膜的晶界密度，使钙钛矿膜致密平整，有效改善了钙钛矿膜的质量，有利于提高钙钛矿太阳能电池的光电转换性能。同时，上述添加剂为多齿配体，添加剂中的亚胺基团hn＝能够与钙钛矿膜中配位不足的金属离子配位，添加剂中的氨基-nh2能够与钙钛矿膜中的卤素离子空位形成氢键，即，上述添加剂能够同时钝化多种缺陷，降低钙钛矿膜内的缺陷态密度，从而提高钙钛矿太阳能电池的光电转换性能。综上所述，含有胍基的添加剂的添加能够同时提高钙钛矿太阳能电池的光电转换性能和稳定性。

技术特征：

1.一种钙钛矿器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的钙钛矿器件的制备方法，其特征在于，所述添加剂含有多个胍基；

3.根据权利要求2所述的钙钛矿器件的制备方法，其特征在于，所述金属卤化物膜中，所述添加剂的摩尔量与所述金属卤化物的总摩尔量的比值为0.01-0.05；

4.根据权利要求1至3任一项所述的钙钛矿器件的制备方法，其特征在于，形成所述金属卤化物膜的步骤包括：

5.根据权利要求4所述的钙钛矿器件的制备方法，其特征在于，所述金属卤化物溶液中，所述添加剂的浓度为0.25mg/ml-5mg/ml，所述金属卤化物的总摩尔浓度为1mol/l-1.6mol/l；

6.根据权利要求4所述的钙钛矿器件的制备方法，其特征在于，形成所述金属卤化物液膜的工艺包括旋涂工艺、喷涂工艺、狭缝涂布工艺或刮涂工艺；

7.根据权利要求4所述的钙钛矿器件的制备方法，其特征在于，采用真空蒸镀工艺形成所述金属卤化物膜。

8.根据权利要求4所述的钙钛矿器件的制备方法，其特征在于，形成所述有机液膜的工艺包括旋涂工艺、喷涂工艺、狭缝涂布工艺、刮涂工艺；

9.根据权利要求1所述的钙钛矿器件的制备方法，其特征在于，所述第一退火的温度为100℃-150℃，所述第一退火的时间为5min-30min。

10.根据权利要求1至3任一项所述的钙钛矿器件的制备方法，其特征在于，所述钙钛矿器件包括单结钙钛矿太阳能电池、叠层钙钛矿太阳能电池。

技术总结
本发明提供一种钙钛矿器件的制备方法，包括以下步骤：形成固态的金属卤化物膜，金属卤化物膜中含有金属卤化物和添加剂，添加剂含有胍基；在金属卤化物膜的表面形成有机液膜，有机液膜中含有甲眯基团或胺基团，有机液膜与金属卤化物膜反应生成钙钛矿中间体；对钙钛矿中间体进行第一退火得到三维钙钛矿膜。位于金属卤化物膜中的含有胍基的添加剂，在形成三维钙钛矿膜之后均匀分布在钙钛矿晶界处，不仅抑制了相分离现象，提高了钙钛矿晶体结构的稳定性，还提高了钙钛矿膜的结晶性，增大了钙钛矿晶粒的尺寸，降低钙钛矿膜内的缺陷态密度，从而同时提高了钙钛矿太阳能电池的光电转换性能和稳定性。

技术研发人员：毕恩兵,文芳,巴前凯
受保护的技术使用者：宣城先进光伏技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13