钙钛矿薄膜及其制备方法、太阳能电池、用电设备及应用与流程

本发明涉及光伏，特别是涉及钙钛矿薄膜及其制备方法、太阳能电池、用电设备及应用。

背景技术：

1、为了提高钙钛矿-硅叠层太阳能电池的性能，目前的主要方向之一是优化顶单结电池。溶液法是制备钙钛矿叠层顶电池的主要方法之一，但溶液法制备效率低，难以满足其作为叠层顶电池的性能参数要求，不能适应太阳能电池器件在大尺寸和低成本商业化应用的需要。蒸发法是一种前景较好的制备大面积薄膜的方法，但往往因反应的不完全以及薄膜内部缺陷较多使得器件的能量转换效率较低，难以满足其作为叠层顶电池的要求。

技术实现思路

1、基于此，本申请的目的包括提供一种钙钛矿薄膜的制备方法。还提供一种钙钛矿薄膜、太阳能电池、用电设备及应用。

2、本申请的第一方面，提供一种钙钛矿薄膜的制备方法，包括以下步骤：

3、在基底上形成金属卤化物骨架层，所述金属卤化物骨架层的内部包括至少部分连通的孔隙；其中，所述金属卤化物骨架层中金属元素包括铅元素和铯元素，所述金属卤化物骨架层的厚度为200 nm～260nm，所述金属卤化物骨架层至少包含2个亚层，垂直于所述基底并远离所述基底的方向为第一方向，沿所述第一方向，各亚层的表面粗糙度依次递增；

4、将有机卤化物沉积于所述金属卤化物骨架的内部之孔隙的至少一部分表面上，进行退火处理，获得所述钙钛矿薄膜。

5、在一些实施方式中，所述的制备方法中，沿所述第一方向，所述金属卤化物骨架层依次具有第一亚层和第二亚层；所述第一亚层的厚度小于所述第二亚层的厚度。

6、在一些实施方式中，所述的制备方法中，所述第一亚层的厚度为10 nm～15nm，所述第二亚层的厚度为200 nm～250nm。

7、在一些实施方式中，所述的制备方法中，所述金属卤化物骨架层中铯元素和铅元素的原子摩尔量之比为（0.2～0.4）：1。

8、在一些实施方式中，所述的制备方法中，所述有机卤化物选自碘化甲脒、溴化甲脒、氯化甲脒、碘化甲胺、溴化甲胺和氯化甲胺中的至少一种。

9、在一些实施方式中，所述的制备方法中，所述在基底上形成金属卤化物骨架层采用包括以下步骤的蒸镀法实现：

10、将第一蒸发源和第二蒸发源进行第一次共蒸镀，形成所述第一亚层；

11、在所述第一亚层远离所述基底的表面上，将所述第一蒸发源和所述第二蒸发源进行第二次共蒸镀，形成所述第二亚层；

12、其中，所述第一蒸发源包括碘化铅，所述第二蒸发源包括溴化铯和碘化铯中的至少一种。

13、在一些实施方式中，所述的制备方法中，在基底上形成金属卤化物骨架层，包括以下步骤：

14、进行所述第一次蒸镀的步骤中，所述第一蒸发源采用0.5å/s～1.0å/s的蒸发速率，所述第二蒸发源采用0.1å/s～0.4å/s的蒸发速率共蒸；

15、进行所述第一次蒸镀的步骤中，所述第一蒸发源采用1.0 å/s～2.0å/s的蒸发速率，所述第二蒸发源采用0.5 å/s～1.0å/s的蒸发速率共蒸。

16、本申请的第二方面，提供一种钙钛矿薄膜，根据第一方面的制备方法制备得到。

17、在一些实施方式中，所述的钙钛矿薄膜的厚度为500 nm～800nm。

18、本申请的第三方面，提供一种太阳能电池，包括依次层叠的背电极层、缓冲层、电子传输层、钝化层、钙钛矿吸光层、空穴传输层和透明电极层，所述钙钛矿吸光层包括第二方面所述的钙钛矿薄膜。

19、本申请的第四方面，提供一种用电设备，其特征在于，包括第三方面所述的太阳能电池。

20、本申请的第五方面，提供一种第一方面所述的制备方法制备得到的钙钛矿薄膜或第二方面所述的钙钛矿薄膜或第三方面所述的太阳能电池在光伏发电中的应用。

21、本申请中提供的钙钛矿薄膜的制备方法，通过对金属卤化物骨架层进行结构优化策略即在基底上形成粗糙度依次递增的金属卤化物骨架层，再提供有机卤化物形成钙钛矿薄膜，制备得到单结宽带隙（例如1.68ev）钙钛矿太阳能电池具有较好的光电性能。金属卤化物骨架层中的致密骨架层还能起到钝化效果，疏松层还有助于容纳后续提供的有机卤化物，增加金属卤化物骨架与有机卤化物的反应位点，获得缺陷较小钙钛矿薄膜层，该钙钛矿薄膜层应用于太阳电池较高的填充因子、开路电压和能量转换效率。

22、本申请中提供的钙钛矿薄膜采用前述制备方法制备得到，该钙钛矿薄膜的内部缺陷较少，可以满足叠层顶电池的性能要求。

23、本申请中提供的太阳能电池采用前述钙钛矿薄膜作为钙钛矿吸收层，该钙钛矿薄膜具有较宽的带隙和较少的内部缺陷，可以显著改善太阳能电池器件的效率。

24、本申请中提供的用电设备包括前述具有较高效率的太阳能电池，能够提高对光能的利用率，降低成本。

25、本申请中提供的钙钛矿薄膜或太阳能电池具有较高的光转化效率，在光伏发电应用可以提高对光能的利用率，降低应用成本。

技术特征：

1.一种钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，沿所述第一方向，所述金属卤化物骨架层依次具有第一亚层和第二亚层；所述第一亚层的厚度小于所述第二亚层的厚度。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述第一亚层的厚度为10nm～20nm，所述第二亚层的厚度为200nm～280nm。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述金属卤化物骨架层中铯元素和铅元素的原子摩尔量之比为（0.2～0.4）：1。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述有机卤化物选自碘化甲脒、溴化甲脒、氯化甲脒、碘化甲胺、溴化甲胺和氯化甲胺中的至少一种。

6.根据权利要求1~5中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述在基底上形成金属卤化物骨架层采用包括以下步骤的蒸镀法实现：

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，

8.一种钙钛矿薄膜，其特征在于，根据权利要求1～7中任一项所述的制备方法制备得到。

9.根据权利要求8所述的钙钛矿薄膜，其特征在于，所述钙钛矿薄膜的厚度为500nm～800nm。

10.一种太阳能电池，其特征在于，包括依次层叠的背电极层、缓冲层、电子传输层、钝化层、钙钛矿吸光层、空穴传输层和透明电极层，所述钙钛矿吸光层包括权利要求8或9所述的钙钛矿薄膜。

11.一种用电设备，其特征在于，包括权利要求10所述的太阳能电池。

12.权利要求1～7任一项中所述的制备方法制备得到的钙钛矿薄膜或权利要求8～9任一项中所述的钙钛矿薄膜或权利要求10所述的太阳能电池在光伏发电中的应用。

技术总结
本申请涉及一种钙钛矿薄膜及其制备方法、太阳能电池、用电设备及应用。钙钛矿薄膜的制备方法，包括以下步骤：在基底上形成金属卤化物骨架层，金属卤化物骨架层的内部包括至少部分连通的孔隙；其中，金属卤化物骨架层中金属元素包括铅元素和铯元素，金属卤化物骨架层的厚度为200nm～260nm，金属卤化物骨架层至少包含2个亚层；垂直于基底并远离基底的方向为第一方向，沿第一方向，各亚层的表面粗糙度依次递增；将有机卤化物沉积于金属卤化物骨架的内部之孔隙的至少一部分表面上，进行退火处理，获得钙钛矿薄膜。通过对金属卤化物骨架层进行结构优化策略，制备得到单结宽带隙钙钛矿太阳能电池具有较好的光电性能。

技术研发人员：王殿曦,时宇,徐晨鑫,贺锐,张学玲
受保护的技术使用者：天合光能股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/6/26