[發明專利]一種制備微米級晶粒鹵化物鈣鈦礦薄膜的方法及應用

在審

• 申請號: 202211188007.1
• 申請日: 2022-09-28
• 公開（公告）號: CN115528176A
• 公開（公告）日: 2022-12-27
• 發明（設計）人: 蔡墨朗;陳香港;李星;原政博;戴松元;劉雪朋
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: H01L51/48
• 分類號: H01L51/48;H01L51/46;H01L51/42
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 霍苗

本發明屬于太陽能電池技術領域，具體涉及一種制備微米級晶粒鹵化物鈣鈦礦薄膜的方法及應用。本發明提供的處理方法：將鹵化物鈣鈦礦薄膜表面涂覆堿金屬鹵素鹽后靜置長晶，得到微米級晶粒鹵化物鈣鈦礦薄膜；所述微米級晶粒鹵化物鈣鈦礦薄膜中鹵化物鈣鈦礦晶粒的尺寸≥0.5μm。本發明提供的方法能夠促進鹵化物鈣鈦礦薄膜中鹵化物鈣鈦晶體二次生長，同時，堿金屬離子能夠有效抑制鹵化物鈣鈦礦薄膜的相分離。由此，本發明提供的方法制備得到的微米級晶粒鹵化物鈣鈦礦薄膜中鹵化物鈣鈦礦晶粒的尺寸≥0.5μm，從而能夠制備得到具有低缺陷密度、光電性能優異且穩定性好的鹵化物鈣鈦礦薄膜。

技術領域

本發明屬于太陽能電池技術領域，具體涉及一種制備微米級晶粒鹵化物鈣鈦礦薄膜的方法及應用。

背景技術

目前，有機-無機雜化鈣鈦礦太陽能電池(PSCs)因其溶液處理成本低和光電性能優異的優點而成為最有前途的光伏應用候選材料之一，在過去的十年中，PSCs的功率轉換效率從不到4％提高到25.7％，在實際應用中引起了研究者極大的興趣。

由于鈣鈦礦對光、熱和濕度的敏感性，提高PSCs的效率和穩定性對于商業化來說是具有挑戰性的。混合鹵化物PSCs材料和器件的界面和體相的缺陷，仍然存在高電壓損失問題。原因為：現在鹵化物PSCs普遍采用一步反溶劑法制備，一步反溶劑法具體包括在濕鈣鈦礦薄膜上澆注反溶劑以誘導快速結晶，形成的多晶膜包含大量晶界(GBs)；此外，調節鈣鈦礦帶隙寬度時需要引入Cs離子，Cs離子的進入同樣會使反溶劑結晶時的晶粒變小，從而產生大量晶界。

為了增大晶粒尺寸，采用了兩種不同的薄膜改性方法，一種是物理改性，另一種是化學改性鈣鈦礦薄膜。這種困境限制了Pb(SCN)₂添加劑方法在顯著提高鹵化物鈣鈦礦太陽能電池器件性能方面的有效性。Carmona等人指出在MAPbI₃前驅體中適量過量的PbI₂有利于獲得大而均勻的MAPbI₃薄膜。晶體生長延緩劑，如氯化鉛(PbCl₂)，也被證明是一種有利于MAPbI₃薄膜顆粒尺寸增大的前體添加劑。Yu等通過在FA_0.83Cs_0.17Pb(I_0.6Br_0.4)₃(1.74eV)鈣鈦礦前驅體溶液中加入適量的硫氰酸鉛(Pb(SCN)₂)并采用DMF溶劑輔助退火工藝,同時避免多余PbI₂形成,將寬鹵化物鈣鈦礦薄膜的平均晶粒尺寸增大。需要一些熟練的控制技術，這是大多數實驗室很難掌握的。添加劑方法可以改善混合后的晶粒尺寸使鈣鈦礦表面粗糙度變大，并且薄膜的均一性差。因此，有必要開發一種簡便的一步法來獲得更高質量的鈣鈦礦薄膜，而不涉及精細的工藝控制。

奧斯瓦爾德熟化是一種簡單的提高晶粒大小方法，但是常規用的奧斯瓦爾德熟化需要對鈣鈦礦薄膜進行二次退火處理，退火會使鹵化物PSCs的鈣鈦礦結構缺陷增多，不利于太陽能電池的穩定性。

發明內容

本發明的目的在于提供一種制備微米級晶粒鹵化物鈣鈦礦薄膜的方法及應用，本發明提供的方法能夠有效提高鹵化物鈣鈦礦晶粒的尺寸，顯著減少晶界，得到光電性能優異且本發明穩定性好的鹵化物鈣鈦礦薄膜。

為了實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

本發明提供了一種制備微米級晶粒鹵化物鈣鈦礦薄膜的方法，包括以下步驟：

將鹵化物鈣鈦礦薄膜表面涂覆堿金屬鹵素鹽后靜置長晶，得到微米級晶粒鹵化物鈣鈦礦薄膜；所述微米級晶粒鹵化物鈣鈦礦薄膜中鹵化物鈣鈦礦晶粒的尺寸≥0.5μm。

優選的，所述涂覆為旋涂；所述旋涂包括以下步驟：將所述堿金屬鹵素鹽溶于揮發性醇中，得到所述堿金屬鹵素鹽的揮發性醇溶液；所述堿金屬鹵素鹽的揮發性醇溶液的摩爾濃度為5～50mmol/L；將所述堿金屬鹵素鹽的揮發性醇溶液進行所述旋涂。