一种利用超声辅助热风脱溶制备钙钛矿薄膜的方法及应用

本发明属于钙钛矿太阳能电池制造，具体涉及一种利用超声辅助热风脱溶制备钙钛矿薄膜的方法及应用，特别是在钙钛矿太阳能电池中的应用。

背景技术：

1、太阳能作为一种无限、清洁、丰富且持久的能源，被视为解决能源危机和环境问题的关键。在这方面，钙钛矿太阳能电池作为太阳能电池领域的先锋，扮演着至关重要的角色。钙钛矿太阳能电池，作为光伏产业的前沿技术，以其丰富的原材料、低成本和高光电转换效率等优势，特别适合于光伏建筑一体化，满足绿色建筑的大规模发展需求。

2、要实现高性能和长期稳定的钙钛矿太阳能电池，调控钙钛矿薄膜的结晶过程至关重要，一个优秀的钙钛矿薄膜不仅可以提高光电转化效率(pce)，还可以减少缺陷提升稳定性。而现有技术在制备钙钛矿薄膜过程中，一般使用不溶于钙钛矿的溶剂作为反溶剂来萃取钙钛矿前驱体内的溶剂这种工艺，常见的反溶剂有甲苯、乙醚、氯苯等，都是一些易挥发的有毒液体，所以出于绿色，安全的考量，无反溶剂的工艺是值得研究的，但是不用反溶剂，薄膜结晶调控比较困难。

3、基于上述理由，提出本技术。

技术实现思路

1、基于上述理由，针对现有技术中存在的问题或缺陷，本发明的目的在于提供一种利用超声辅助热风脱溶制备钙钛矿薄膜的方法及其在钙钛矿太阳能电池中的应用，解决或至少部分解决现有技术中存在的上述技术缺陷。

2、为了实现本发明的上述第一个目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种利用超声辅助热风脱溶制备钙钛矿薄膜的方法，所述方法具体包括如下步骤：

4、将钙钛矿前驱体溶液旋涂，然后将所得湿膜依次进行超声处理、热风脱溶处理和退火处理；或者将所得湿膜同时进行超声处理和热风脱溶处理，最后进行退火处理，得到所述的钙钛矿薄膜。

5、进一步地，上述技术方案，所述钙钛矿前驱体溶液的浓度为1.0-3.0mol/l。

6、进一步地，上述技术方案，所述旋涂是将钙钛矿前驱体溶液以2000-5000rpm的转速，1000-2500rpm/s的加速度进行旋涂。

7、进一步地，上述技术方案，所述超声处理采用的工艺参数如下：超声频率为20-100khz，超声时间为1-30s，超声功率为10-100w。

8、进一步地，上述技术方案，所述热风脱溶处理采用的工艺参数如下：热风脱溶温度为10-80℃，处理时间为2-10s，气流量300-1000l/min。

9、优选地，上述技术方案，所述热风处理时间为5s。

10、具体地，上述技术方案，所述热风所吹气体为低湿度空气或低湿度惰性气体；所述惰性气体为氮气、氩气等中的任意一种；所述低湿度是指气体湿度在20％以下。

11、进一步地，上述技术方案，所述钙钛矿薄膜的材料化学式为abx3,其中a为fa+，ma+，cs+，rb+中的任意一种或几种，b为pb2+，sn2+，x为i﹣、cl﹣、br﹣中的任意一种或几种。

12、本发明的第二个目的在于提供上述所述方法制备得到的钙钛矿薄膜作为吸光层在钙钛矿太阳能电池中的应用。

13、本发明的第三个目的在于提供一种钙钛矿太阳能电池，所述钙钛矿太阳能电池的结构自下而上依次由透明导电基底，电子传输层，钙钛矿吸光层，空穴传输层和背电极层叠组成；其中：所述钙钛矿吸光层为上述所述方法制备得到的钙钛矿薄膜。

14、进一步地，上述技术方案，所述基底表面的导电材料为ito或fto中的一种。

15、进一步地，上述技术方案，所述电子传输层的材料为[6,6]-苯基-c61-丁酸甲酯(pc61bm)、氧化锌(zno)、二氧化钛(tio2)、二氧化锡(sno2)的任意一种或几种。

16、进一步地，上述技术方案，所述空穴传输层的材料为聚3,4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐(pedot:pss)、聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺](ptaa)、2，2，7，7-四[n，n-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9-螺二芴(spiro-ometad)中的任意一种或几种。

17、进一步地，上述技术方案，所述背电极的材料为au、ag、cu、al或低温碳电极中的任意一种或几种。

18、本发明的第四个目的在于提供上述所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，所述方法包含以下步骤：

19、(1)衬底预处理：将透明导电基底清洗、干燥后备用，简称底电极；

20、(2)制备电子传输层：配置好传输层溶液后，搅拌均匀，再旋涂在底电极上，退火后得到薄膜，简称底电极/电子传输层；

21、(3)制备钙钛矿吸光层：所述钙钛矿吸光层为钙钛矿薄膜，所述钙钛矿薄膜采用上述所述利用超声辅助热风脱溶制备钙钛矿薄膜的方法制备而成；

22、(4)制备空穴传输层：在底电极/电子传输层/钙钛矿吸光层表面旋涂空穴传输层前驱体溶液，干燥，得到底电极/电子传输层/钙钛矿层/空穴传输层薄膜；

23、(5)制备背电极：采用热蒸镀法在底电极/电子传输层/钙钛矿层/空穴传输层上沉积金属作为金属电极，得到所述的钙钛矿太阳能电池。

24、进一步地，上述技术方案，步骤(2)、步骤(4)中所述旋涂是将钙钛矿前驱体溶液以2000-5000rpm的转速，1000-2500rpm/s的加速度进行旋涂。

25、本发明在制备钙钛矿活性层时，旋涂完后施加超声，在超声处理过后立即热风脱溶，最后热退火处理。本发明使用的超声处理是为了促进底界面成核，同时超声产生微流效应，使得晶核在薄膜之中扩散均匀，钙钛矿薄膜的结晶质量得到提高，缺陷密度大大降低，性能得以提高，均匀的结晶也会使得其内应力下降，使得最终器件稳定性得到提高。

26、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

27、(1)本发明无反溶剂制备钙钛矿薄膜的过程，使其制备工艺具有安全绿色环保的特性，并且反溶剂的方法不适用于大面积制备，浪费原料多，经济效应低。相比之下，热风脱溶，热风所吹气体(低湿度(湿度在20％以下)空气或氮气等惰性气体)安全环保，可应用于大面积制备，重复使用率高，经济效应高，并且热风的使用可以预结晶，在表面产生结晶位点，在退火过程中，钙钛矿的生长会更加有序，可以提高结晶质量，提高薄膜均匀性。

28、(2)本发明超声工艺的施加，能够促进成核结晶，以及促进晶核分布更加均匀的效果，因此可以提高钙钛矿薄膜尺寸大小，减少晶界，降低缺陷，提高性能，同时钙钛矿薄膜内部内应力减小，最终使得钙钛矿太阳能电池稳定性得到提高。此外，本发明采用的超声波辅助工艺，作为一种物理处理方法其在大面积制备钙钛矿薄膜方面具有显著优势。

29、(3)本发明制备钙钛矿薄膜的方法需超声辅助热风脱溶协同作用，如仅仅采用超声处理，不结合热风脱溶或其他脱溶手段，那么会存在两种情况：一，如果溶剂未能挥发，则会使制得的钙钛矿薄膜结晶不致密；二，如果溶剂能够挥发，则钙钛矿薄膜结晶速度太快，晶粒难以生长，最后会导致晶粒尺寸小，缺陷增加，均不利于高质量钙钛矿薄膜的制备。

30、(4)本发明在ito/sno2/fapbi3的衬底上施加超声工艺，工艺简单，经济环保，能量利用率高。

31、(5)本发明提出可一种超声辅助热风脱溶的薄膜的制备工艺，具有价格低廉，性能优越，安全环保等特点。并且利用本发明超声辅助热风脱溶制备的钙钛矿薄膜得到的钙钛矿太阳能电池还具有优异的光电性能。