一种CH3NH3PbI3钙钛矿薄膜、电池及其制备方法与流程

本发明属于太阳能电池领域，尤其涉及一种ch3nh3pbi3钙钛矿薄膜、电池及其制备方法。

背景技术：

1、以钙钛矿型有机铅碘化合物为吸光材料的薄膜太阳能电池，是继染料敏化、量子点敏化之后的又一基于纳米tio2的新型太阳能电池。钙钛矿有机铅碘化合物(比如ch3nh3pbi3)具有独特的光电性能，在液态敏化电池和基于空穴传输材料的固态薄膜电池中均表现出优异的光电转换效率，同时钙钛矿晶体材料也具备良好的电子和空穴传输性能，这为制备钙钛矿型平面异质结太阳能电池提供了基础。有机铅碘化合物是具有钙钛矿结构的自组装晶体，短链有机离子、铅离子以及卤素离子分别占据钙钛矿晶格的a、b、x位置，由此构成三维立体结构，且长链有序的pbi3-八面体体系有利于电子的传输，使得该类材料具有非常优异的电子输运特性。钙钛矿有机铅碘化合物具有合适的能带结构，较好的光吸收性能，能够吸收几乎全部的可见光用于光电转换，同时，该类材料具有自组装的特性，所以合成简易，通过低成本液相法即可实现有效的薄膜沉积。

2、常规的ch3nh3pbi3钙钛矿薄膜制备为热退火方法，在前驱薄膜表面滴加完无水乙醚以后，将其转移至预设温度为100摄氏度的热台上，加热10分钟后自然冷却至室温就可以获得热退火的ch3nh3pbi3薄膜，由于pbi2的溶解度低于ch3nh3i，导致抗溶剂浸渍后pbi2较先析出，使得制备的ch3nh3pbi3薄膜结晶性能较差，同时在中间相膜中存在较多固有的组成缺陷，最终影响钙钛矿电池的转换效率。

3、因此，有必要提供一种分子间交换的钙钛矿薄膜制备方法，使钙钛矿薄膜具有更好的结晶性，并有效地修复相膜缺陷，提高所制备电池的转换效率。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种ch3nh3pbi3钙钛矿薄膜及其制备方法，使用分子间交换的方法制备钙钛矿薄膜，使钙钛矿薄膜具有更好的结晶性，并有效地修复相膜缺陷，提高所制备电池的转换效率。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种ch3nh3pbi3钙钛矿薄膜的制备方法，包括：

4、清洗fto玻璃；

5、以清洗好的fto玻璃为衬底，采用溶胶-凝胶法制备tio2致密层，得到fto/tio2基片；

6、利用一步旋涂法在fto/tio2基片表面制备ch3nh3pbi3中间相薄膜；

7、室温下将ipa溶液旋涂在中间相薄膜的表面，得到ch3nh3pbi3薄膜；

8、其中，ipa溶液包括浓度为2.8-3.2mg/ml的ch3nh3i和浓度为1.8-2.2mg/ml的ch3nh3cl。

9、进一步地，清洗fto玻璃，包括：

10、用油污清洁剂对fto玻璃进行第一次清洗；

11、对第一次清洗后的fto玻璃依次用去离子水、丙酮和乙醇进行20分钟超声清洗；

12、对超声清洗后的fto玻璃用紫外臭氧清洗处理25-35分钟。

13、进一步地，采用溶胶-凝胶法制备tio2致密层，包括：

14、制备tio2溶胶；

15、将90-110微升tio2溶胶滴加至fto玻璃的中心位置，然后以2800-3200转每秒的速度甩胶28-32秒；

16、将甩胶后的fto玻璃在470-490℃空气氛围中退火55-65分钟，空冷至室温得到fto/tio2基片。

17、进一步地，制备tio2溶胶，包括：

18、将4-6毫升钛酸四丁酯溶液逐滴加入到30-40毫升的无水乙醇中，搅拌50-70分钟，得到钛酸四丁酯/乙醇溶液；

19、将1.2-2.5毫升二乙醇胺溶液逐滴加入到7-8毫升的无水乙醇中，搅拌8-12分钟，再逐滴加入0.8-1.2毫升去离子水，得到混合溶液；

20、搅拌状态下，将混合溶液逐滴加入到钛酸四丁酯/乙醇溶液中，继续搅拌50-70分钟并静置3天，获得无沉淀的tio2溶胶。

21、进一步地，利用一步旋涂法在fto/tio2基片表面制备ch3nh3pbi3中间相薄膜，包括：

22、配置ch3nh3pbi3前驱液；

23、将前驱液滴加至fto/tio2基片的中心，以5000rpm的速度旋涂23-27s；

24、以5000rpm的速度旋涂5-7s后，向fto/tio2基片的中心连续滴加490-510μl无水乙醚。

25、进一步地，配置ch3nh3pbi3前驱液，包括：

26、将458-463mg的pbi2、157-161mg的ch3nh3i和72-76μl的dmso加入到590-610ml的dmf中混合搅拌，得到ch3nh3pbi3前驱液。

27、进一步地，室温下将ipa溶液旋涂在中间相薄膜的表面，包括：

28、将0.3-0.7ml的ipa溶液旋涂在中间相薄膜的表面。

29、进一步地，ch3nh3pbi3薄膜为深棕色。

30、第二方面，本发明公开了一种ch3nh3pbi3钙钛矿薄膜，采用上述的方法制得。

31、第三方面，本发明公开了一种钙钛矿电池，电池采用上述的ch3nh3pbi3钙钛矿薄膜制得。

32、本发明的技术效果和优点：

33、本发明通过使用分子间交换的方法制备ch3nh3pbi3薄膜，使ch3nh3pbi3薄膜具有更好的结晶性，并有效地修复相膜缺陷，提高了所制备电池的转换效率。

34、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

技术特征：

1.一种ch3nh3pbi3钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种ch3nh3pbi3钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，所述的清洗fto玻璃，包括：

3.根据权利要求1所述的一种ch3nh3pbi3钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，所述的采用溶胶-凝胶法制备tio2致密层，包括：

4.根据权利要求3所述的一种ch3nh3pbi3钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，所述的制备tio2溶胶，包括：

5.根据权利要求1所述的一种ch3nh3pbi3钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，所述的利用一步旋涂法在fto/tio2基片表面制备ch3nh3pbi3中间相薄膜，包括：

6.根据权利要求5所述的一种ch3nh3pbi3钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，所述的配置ch3nh3pbi3前驱液，包括：

7.根据权利要求1所述的一种ch3nh3pbi3钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，所述的室温下将ipa溶液旋涂在所述中间相薄膜的表面，包括：

8.根据权利要求1所述的一种ch3nh3pbi3钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，所述ch3nh3pbi3薄膜为深棕色。

9.一种ch3nh3pbi3钙钛矿薄膜，其特征在于，采用权利要求1-8任意一项所述的方法制得。

10.一种钙钛矿电池，其特征在于，所述电池采用权利要求9所述的ch3nh3pbi3钙钛矿薄膜制得。

技术总结
本发明属于太阳能电池领域，公开了一种CH<subgt;3</subgt;NH<subgt;3</subgt;PbI<subgt;3</subgt;钙钛矿薄膜、电池及其制备方法，制备方法包括清洗FTO玻璃；以清洗好的FTO玻璃为衬底，采用溶胶‑凝胶法制备TiO<subgt;2</subgt;致密层，得到FTO/TiO<subgt;2</subgt;基片；利用一步旋涂法在FTO/TiO<subgt;2</subgt;基片表面制备CH<subgt;3</subgt;NH<subgt;3</subgt;PbI<subgt;3</subgt;中间相薄膜；室温下将IPA溶液旋涂在所述中间相薄膜的表面，得到CH<subgt;3</subgt;NH<subgt;3</subgt;PbI<subgt;3</subgt;薄膜。本发明通过使用分子间交换的方法制备CH<subgt;3</subgt;NH<subgt;3</subgt;PbI<subgt;3</subgt;薄膜，使CH<subgt;3</subgt;NH<subgt;3</subgt;PbI<subgt;3</subgt;薄膜具有更好的结晶性，并有效地修复相膜缺陷，提高所制备电池的转换效率。

技术研发人员：何凤琴,庞秀岚,卢刚,杨若婷,赵欣昕,张帅,姜铭琨,雷文君
受保护的技术使用者：国家电投集团青海光伏产业创新中心有限公司
技术研发日：
技术公布日：2025/3/27