[發明專利]添加三碘化物的鈣鈦礦薄膜和電池的制備方法及其電池

在審

• 申請號: 202010219496.7
• 申請日: 2020-03-25
• 公開（公告）號: CN111430554A
• 公開（公告）日: 2020-07-17
• 發明（設計）人: 不公告發明人
• 申請（專利權）人: 杭州纖納光電科技有限公司
• 主分類號: H01L51/48
• 分類號: H01L51/48;H01L51/42
• 代理公司: 杭州奧創知識產權代理有限公司 33272
• 代理人: 楊文華

本發明涉及三種添加三碘化物的鈣鈦礦薄膜的制備方法，在鈣鈦礦薄膜中摻雜三碘離子，實現在較短制備時間內摻雜適量濃度的三碘離子，且不引入其他雜質，參與鈣鈦礦的分子內交換過程，鈍化鈣鈦礦材料內部缺陷，提升鈣鈦礦中電荷?載流子壽命，從而提升鈣鈦礦材料的性能及穩定性，促進工業化生產。本發明還公開含有該鈣鈦礦薄膜的鈣鈦礦電池的制備方法和制備的鈣鈦礦電池。本發明能夠使三碘離子在鈣鈦礦前驅體溶液中快速融合并輔助結晶，鈍化鈣鈦礦缺陷從而增強電荷載流子壽命，優化空間載流子動力學，并實現更優異的光伏器件性能。

技術領域

本發明屬于鈣鈦礦電池制備技術領域，特別涉及一種添加三碘化物的鈣鈦礦薄膜和電池的制備方法及其電池。

背景技術

近年來鈣鈦礦太陽能電池受到廣泛關注，這種鈣鈦礦太陽能電池以鈣鈦礦材料作為光吸收層。鈣鈦礦為ABX₃型的立方八面體結構，此種材料制備的薄膜太陽能電池工藝簡便、生產成本低、穩定且轉化率高。從2009年發展至今，鈣鈦礦光伏電池的實驗室轉換效率從3.81％至25.2％，展現了極為迅速的提升趨勢。雖然鈣鈦礦電池的轉換效率被持續刷新，但其光吸收層穩定性不佳的短板為其產業化前景增加了一些不確定性。

典型的ABX₃型有機、無機鈣鈦礦材料中，A一般指一些有機胺離子(如MA⁺、FA⁺)，占據正方體的八個定點，B指的是二價金屬離子(如Pb²⁺、Sn²⁺)，處于正方體的體心，X一般指鹵素離子(如I^-、Br^-、Cl^-)或多種鹵素摻雜，占據六面體的面心。有研究表明，適量濃度的三碘離子引入可參與鈣鈦礦的分子內交換過程，鈍化鈣鈦礦材料缺陷，提高鈣鈦礦中電荷-載流子壽命。目前使用的技術手段是將碘單質溶解在IPA中形成碘離子，在長時間的攪拌后逐漸生成三碘離子，再將含有三碘離子的溶液加入到鈣鈦礦前驅體溶液中，輔助結晶，反應方程式如下：

(CH₃)₂CHOH+I₂→(CH₃)₂C＝O+HI+I^-，

但是目前這種摻雜三碘離子的方法僅適用于兩步溶液法制備鈣鈦礦層，且碘單質的IPA溶液需要80℃攪拌7天方可充分形成三碘離子，形成的副產物丙酮等也可能會導致晶體質量有所下降。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于，提供一種添加三碘化物的鈣鈦礦薄膜和電池的制備方法及其電池，能夠在不引入副產物的情況下實現三碘離子的摻雜，降低鈣鈦礦層中的缺陷態濃度，增強鈣鈦礦中電荷-載流子壽命，且三碘化物在鈣鈦礦前驅體溶液中僅需較短時間便可形成三碘離子，易于工業化生產，同時降低鈣鈦礦中黃相比例、穩定α相，提升鈣鈦礦材料的效率和穩定性。

本發明是這樣實現的，提供一種添加三碘化物的鈣鈦礦薄膜的制備方法，包括如下步驟：

步驟一、將鈣鈦礦兩種前驅體BX₂和AX以及三碘化物MI₃分別加入有機溶劑中混合，得到含三碘化物的鈣鈦礦前驅體溶液；

步驟二、通過旋涂、刮涂、狹縫式連續涂布、噴涂中任意一種加工方式將步驟一制備的鈣鈦礦前驅體溶液涂敷在已制備傳輸層的基底表面，得到含有三碘離子的金屬鹵化物鈣鈦礦薄膜層；

步驟三、用反溶劑對步驟二的金屬鹵化物鈣鈦礦薄膜層進行處理并退火，得到含三碘離子的鈣鈦礦薄膜；其中，