[發明專利]一種FAPbI3

在審

• 申請號: 202210284744.5
• 申請日: 2022-03-22
• 公開（公告）號: CN114678472A
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發明（設計）人: 陳永華;王殿曦;杜曉琴;夏英東;黃維
• 申請（專利權）人: 南京工業大學
• 主分類號: H01L51/48
• 分類號: H01L51/48;H01L51/42
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 吳頻梅

本發明涉及一種制備FAPbI₃鈣鈦礦薄膜及其高效的鈣鈦礦太陽能電池的方法，屬于光電子材料與器件領域。該發明中純相FAPbI₃薄膜的制備采用一步法將乙酸銨作為添加劑與鈣鈦礦組分溶于N，N?二甲基甲酰胺作為前驅體溶液旋涂在已經有電子傳輸層的FTO導電基板上，經過退火制備均勻致密的鈣鈦礦薄膜，整個過程在無水無氧的手套箱內進行。隨后在薄膜上進行后續處理以及Spiro?OMeTAD作為空穴傳輸層，再利用真空蒸鍍技術蒸鍍MoO₃修飾層以及金屬電極以完成器件的制備。該方法所制備的純相FAPbI₃鈣鈦礦太陽能電池具有優異的光電轉化效率，并且本發明采用乙酸銨作為添加劑使得可以一步法制備純相甲脒基鈣鈦礦太陽能電池。

技術領域

本發明涉及一種基于乙酸銨作為前驅體溶液添加劑，通過調整乙酸銨的質量來一步法制備純相FAPbI₃鈣鈦礦薄膜及其高效鈣鈦礦太陽能電池的方法，尤其是一種利用添加劑可以一步法制備高效純相甲脒基鈣鈦礦薄膜的方法，屬于光電子材料與技術領域。

背景技術

隨著社會的不斷發展，傳統化石能源引起的環境問題越來越受到人們的關注，清潔能源的開發迫在眉睫。伴隨著人類對清潔能源的需求不斷提升,太陽能發電越來越受到人們的重視。迄今為止，大多數的太陽能電池都是由硅制成，因為這種材料非常善于吸收光線。然而，硅面板的制造成本卻很昂貴，并且，晶體硅太陽能電池在制備的過程中，需要上千度的高溫燒結而成，這不僅浪費了廣大的財力與物力，而且不利于可持續性發展戰略。

新型太陽能電池包括鈣鈦礦太陽能電池、染料敏化太陽能電池、有機太陽能電池和量子點太陽能電池等隨之應運而生，其中，鈣鈦礦太陽電池因兼具成本低、制備簡單、光電轉換性能優異等特點在國際上倍受關注。因此，與現有成熟的晶硅太陽能電池技術相比極具優勢，也為鈣鈦礦太陽能電池的商業化應用帶來了樂觀的前景。而在鈣鈦礦材料中FAPbI₃鈣鈦礦(其中FA是甲脒)已被證明是制備高效、穩定的鈣鈦礦太陽能電池的理想候選材料。但是，FAPbI₃會在溫度低于 150℃由有光學活性的α相發生相變轉化為無光學活性的δ相，因此獲得高結晶、穩定和純的α相FAPbI₃鈣鈦礦薄膜對于實現鈣鈦礦太陽能電池的實際廣泛應用是至關重要的。先前的研究主要是通過摻雜 MA⁺(甲胺)、Cs⁺、或者是Br^-等離子來獲得純α相FAPbI₃鈣鈦礦，但是摻雜這些離子會使鈣鈦礦材料的紫外-可見光吸收峰發生藍移，從而導致這一體系的帶隙變寬。雖然提高了器件的開路電壓(V_OC)，但是降低了短路電流電流密度(J_SC)，而FAPbI₃的帶隙(～1.48V)是已知的鈣鈦礦材料中最為接近理想帶隙(1.3V-1.4V)的體系，更為關鍵的是這些摻雜策略在一定程度上會影響器件的穩定性，所以使用一種能夠得到純α相FAPbI₃而并不會改變其帶隙的試劑或者方法是尤為重要。

發明內容

本發明解決的技術問題是針對FAPbI₃鈣鈦礦極易在低于150℃時，由具有光學活性的α相轉變為無光學活性的δ相且難以用一步法制備均勻致密的FAPbI₃鈣鈦礦薄膜及其器件。

為了解決上述問題，本發明提出的技術方案是：一種通過調控添加劑醋酸銨(NH₄Ac)在前驅體中的質量比來實現一步法制備高效純相甲脒基鈣鈦礦薄膜及其鈣鈦礦太陽能電池的方法，包括以下步驟：

(1)將碘化鉛，碘化甲脒按摩爾比1.2:1，并將添加劑乙酸銨按與鈣鈦礦前驅體材料碘化鉛和碘化甲脒的質量比X， 15％X25％，溶于N，N-二甲基甲酰胺溶劑中配制成新的FAPbI₃鈣鈦礦前驅液溶液，在50℃以下溫度下加熱攪拌溶解0.5-1小時；

(2)在清洗并且處理過的FTO透明導電玻璃片上旋涂沉積電子傳輸材料；