一种利用共溶剂对钙钛矿表面进行清洁与钝化的方法

本发明涉及钙钛矿薄膜，具体涉及一种利用共溶剂对钙钛矿薄膜表面进行清洁与钝化的方法。

背景技术：

1、有机金属卤化物钙钛矿具有优良的光电性能，广泛应用于各种光电器件中。其中钙钛矿太阳能电池特别引人注目，其记录认证的光电转换效率达到25.7％，接近最先进的晶体硅电池。

2、在大多数高效钙钛矿太阳能电池中，通常采用含pbi2的钙钛矿薄膜作为活性吸收层。在制备薄膜时，过量的pbi2通被用于前驱体中，以促进钙钛矿的结晶，减少卤化物空位，促进α相晶体的形成。然而，这一过程通常会在钙钛矿薄膜表面留下丰富的残留pbi2，这可能会显著恶化器件性能(尽管一定量的pbi2可以在钙钛矿晶界处起到钝化缺陷的作用):钙钛矿/空穴传输层界面处的pbi2是关键的催化位点，在运行过程中可以诱导钙钛矿分解。同时，在未反应的残余结晶pbi2中更容易形成富含pb0的空洞，它们是钙钛矿太阳能电池中非辐射复合的中心，这将导致开路电压的降低。在过去的几年中，人们致力于处理这些残留的pbi2。例如，各种有机铵盐被旋涂在钙钛矿膜上，以与pbi2相互作用，从而减轻其负面影响。

技术实现思路

1、为了改善上述技术问题，本发明提供一种共溶剂策略，以最终解决钙钛矿太阳能电池领域的pbi2困境。其核心是将钙钛矿薄膜表面未反应的残余pbi2完全去除，然后对其表面进行钝化处理。

2、第一方面，本发明提供一种对钙钛矿薄膜表面进行清洁与钝化的方法，其特征在于，利用共溶剂对钙钛矿薄膜表面的pbi2进行清洁，并利用钝化剂对清洁后的钙钛矿薄膜表面进行钝化。

3、在一些实施方案中，所述方法包括以下步骤：

4、1)将钙钛矿薄膜浸泡在共溶剂1中，以去除钙钛矿薄膜表面的pbi2；

5、2)将步骤1)处理过的钙钛矿薄膜浸泡在共溶剂2中，以钝化表面有机卤化物空位；

6、3)将步骤2)处理过的钙钛矿薄膜浸泡在共溶剂3中，以清理残留离子。

7、在一些实施方案中，共溶剂1、共溶剂2、共溶剂3相同或不同，包括极性溶剂和非极性溶剂。

8、在一些实施方案中，共溶剂2中进一步包括钝化剂，钝化剂例如mai甲胺碘、ch3o-peai对甲氧基苯乙基碘化胺。

9、在一些实施方案中，钝化剂浓度0.01-0.5mg/ml，优选地为0.1mg/ml。

10、在一些实施方案中，极性溶剂选自1-丁醇、叔戊醇、异丙醇、1-辛醇；

11、和/或，非极性溶剂选自环己烷、氯苯、甲苯、三氯甲烷、正己烷。

12、在一些实施方案中，极性溶剂与非极性溶剂的体积比为1:1-1:10，优选为1:4、1:8。

13、在一些实施方案中，步骤1)浸泡时间为10-100min，优选为60min；

14、和/或，步骤2)浸泡时间为10-60min，优选为20min；

15、和/或，步骤3)浸泡时间为10-60min，优选为20min；

16、在一些实施方案中，共溶剂1为环己烷与1-丁醇的混合液，优选体积比为1:4的环己烷与1-丁醇的混合液；

17、和/或，共溶剂2为环己烷与叔戊醇的混合液，优选为体积比为1:8的环己烷与叔戊醇混合液，更优选地为溶有0.1mg/ml的mai甲胺碘的体积比为1:8的环己烷与叔戊醇混合液；

18、和/或，共溶剂3为环己烷与叔戊醇的混合液，优选为体积比为1:8的环己烷与叔戊醇混合液。

19、在一些实施方案中，钙钛矿薄膜为三阳离子csfama钙钛矿薄膜。

20、第二方面，本发明提供一种清洁与钝化的钙钛矿薄膜的制备方法，包括以下步骤：

21、1)在基底层上旋涂pbi2薄膜并进行退火处理，得到pbi2薄膜层；

22、2)配制铵盐溶液，并将铵盐溶液旋涂至pbi2薄膜层表面，并进行退火处理，得到钙钛矿薄膜；

23、3)通过上述对钙钛矿薄膜表面进行清洁与钝化的方法处理步骤2)中的钙钛矿薄膜，得到清洁与钝化的钙钛矿薄膜。

24、在一些实施方案中，步骤2)中，铵盐选自macl甲胺氯、mabr甲胺溴、fai甲脒碘中的一种、两种或多种。

25、在一些实施方案中，钙钛矿薄膜中，钙钛矿为三阳离子csfama。

26、在一些实施方案中，钙钛矿薄膜为三阳离子csfama钙钛矿薄膜。

27、第三方面，本发明提供由上述制备方法制备得到的清洁与钝化的钙钛矿薄膜。

28、第四方面，本发明提供上述清洁与钝化的钙钛矿薄膜在太阳能电池中的应用。

29、在一些实施方案中，太阳能电池中包括ito玻璃、电子传输层、上述清洁与钝化的钙钛矿薄膜、空穴传输层和电极。

30、第五方面，本发明提供一种太阳能电池，包括上述清洁与钝化的钙钛矿薄膜。

31、有益效果

32、本发明提供一种利用共溶剂对钙钛矿薄膜表面进行清洁与钝化的方法。经本发明方法处理过的钙钛矿薄膜，钙钛矿薄膜表面无pbi2残留、是完全清洁的；共溶剂处理的薄膜质量高，在制备过程中产生的缺陷减少；平均载流子寿命长于原始钙钛矿薄膜；光电转换效率从20.57％提高到22.08％(提高7.3％)，同时明显降低回滞。

技术特征：

1.一种对钙钛矿薄膜表面进行清洁与钝化的方法，其特征在于，利用共溶剂对钙钛矿薄膜表面的pbi2进行清洁，并利用钝化剂对清洁后的钙钛矿薄膜表面进行钝化。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，

4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，

5.一种清洁与钝化的钙钛矿薄膜的制备方法，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，

7.由权利要求5或6所述的制备方法制备得到的清洁与钝化的钙钛矿薄膜。

8.权利要求7所述的清洁与钝化的钙钛矿薄膜在太阳能电池中的应用。

9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，太阳能电池中包括ito玻璃、电子传输层、权利要求7所述的清洁与钝化的钙钛矿薄膜、空穴传输层和电极。

10.一种太阳能电池，包括权利要求7所述的清洁与钝化的钙钛矿薄膜。

技术总结本发明提供一种利用共溶剂对钙钛矿薄膜表面进行清洁与钝化的方法，利用共溶剂对钙钛矿表面的PbI<subgt;2</subgt;进行清洁，并利用钝化剂对钙钛矿薄膜表面进行钝化。经本发明方法处理过的钙钛矿薄膜，钙钛矿薄膜表面无PbI<subgt;2</subgt;残留、是完全清洁的；共溶剂处理的薄膜质量高，在制备过程中产生的缺陷减少；平均载流子寿命长于原始钙钛矿薄膜；光电转换效率从20.57％提高到22.08％(提高7.3％)，同时明显降低回滞。技术研发人员：杨志超,王吉政受保护的技术使用者：中国科学院化学研究所技术研发日：技术公布日：2024/7/15