钙钛矿薄膜及其制备方法和应用与流程

本发明涉及光伏器件，特别是涉及一种钙钛矿薄膜及其制备方法和应用。

背景技术：

1、近年来，卤化物钙钛矿因其可调的带隙、高效的光吸收、高载流子迁移率、低的复合率、和低成本的溶液加工而受到众多研究人员的关注。通过优化钙钛矿结构、成核和生长以及太阳能电池构成层，钙钛矿太阳能电池的器件功率转换效率得到了前所未有的发展。然而，钙钛矿的机械柔软特性使其易于发生结构应变，从而导致其性能发生重大变化。

2、应变是半导体中一个众所周知的物理概念，它可以被定制来调制它们的光电特性。例如，通过利用半导体与衬底之间的热系数失配，在合成过程中控制wse2的应变，可以获得可调谐的能带结构在gaas太阳能电池中加入inas量子点(qds)和gap拉伸应变补偿层可以提高光伏性能此外，外部机械应力可以控制锗的光学性质，影响带间复合能。

3、经研究发现，应变工程是影响纳米晶材料(如钙钛矿)性能的一个重要因素，这种材料通常表现出高度的结构非均质性和内在不稳定性，而卤化物钙钛矿中的应变还会引起额外的缺陷，从而导致非辐射复合损失，亟需改进。

技术实现思路

1、基于此，本发明的目的在于提供一种提高fapbi3稳定性的方法，有效的提升器件的光电性能和稳定性，阻止常温下不利的黑色相向非光活性黄色相转变。

2、技术方案如下：

3、一种钙钛矿薄膜的制备方法，包括如下步骤：

4、在衬底上制备第一α-fapbi3薄膜；

5、采用甲胺乙醇溶液对所述第一α-fapbi3薄膜进行络合处理，得到透明的t-fapbi3薄膜；

6、通过溶液法在所述透明的t-fapbi3薄膜上沉积第二α-fapbi3薄膜。

7、在其中一些实施方式中，在衬底上制备第一α-fapbi3薄膜包括如下步骤：

8、在所述衬底上施加第一钙钛矿前驱体溶液，形成湿膜，制备中间体i；

9、对所述中间体i进行第一退火处理。

10、在其中一些实施方式中，在衬底上施加所述第一钙钛矿前驱体溶液的方式为旋涂，旋涂的转速为5000rpm～6000rpm，时间为40s～50s。

11、在其中一些实施方式中，所述第一钙钛矿前驱体溶液中的溶质包括fai和pbi2。

12、在其中一些实施方式中，在所述第一钙钛矿前驱体溶液中，fai和pbi2的浓度分别独立为1mmol/ml～1.8mmol/ml。

13、在其中一些实施方式中，所述第一钙钛矿前驱体溶液中的溶剂包括n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、γ-丁内酯和n-甲基吡咯烷酮中的一种或多种。

14、在其中一些实施方式中，第一退火处理的温度为100℃～150℃，时间为10min～30min。

15、在其中一些实施方式中，络合处理的温度为室温。

16、在其中一些实施方式中，在所述甲胺乙醇溶液中，甲胺的质量浓度为30%以上。

17、在其中一些实施方式中，通过溶液法在所述透明的t-fapbi3薄膜上沉积第二α-fapbi3薄膜包括如下步骤：

18、在所述t-fapbi3薄膜上施加第二钙钛矿前驱体溶液，形成湿膜，制备中间体ii；

19、对所述中间体ii进行第二退火处理。

20、在其中一些实施方式中，在所述t-fapbi3薄膜上施加所述第二钙钛矿前驱体溶液的方式为旋涂，旋涂的转速为5000rpm～6000rpm，时间为40s～50s。

21、在其中一些实施方式中，所述第二钙钛矿前驱体溶液中的溶质包括fai和pbi2。

22、在其中一些实施方式中，在所述第二钙钛矿前驱体溶液中，fai和pbi2的浓度分别独立为1mmol/ml～1.8mmol/ml。

23、在其中一些实施方式中，所述第二钙钛矿前驱体溶液中的溶剂包括n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、γ-丁内酯和n-甲基吡咯烷酮中的一种或多种。

24、在其中一些实施方式中，第二退火处理的温度为100℃～150℃，时间为10min～30min。

25、本发明还提供一种钙钛矿薄膜，其是根据如上所述的钙钛矿薄膜的制备方法制得。

26、在其中一些实施方式中，在所述钙钛矿薄膜中，所述t-fapbi3和α-fapbi3的摩尔比为1：（0.5～1.8）。

27、本发明还提供一种钙钛矿太阳能电池，包括层叠设置的电极层、第一功能层、钙钛矿吸光层、第二功能层以及导电玻璃层；

28、其中，所述第一功能层和第二功能层其中一层为空穴传输层且另一层为电子传输层；

29、所述钙钛矿吸光层包括如上所述的钙钛矿薄膜。

30、在其中一些实施方式中，所述电极层的材料选自银、铜、金、铝、导电氧化物、碳电极和聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸中的一种或多种。

31、在其中一些实施方式中，所述电极层的厚度为60nm～80nm。

32、在其中一些实施方式中，所述电子传输层的材料选自c60、二氧化钛、二氧化锡、氧化锌、[6,6]-苯基c61丁酸甲酯和[6,6]-苯基c71丁酸甲酯中的一种或多种。

33、在其中一些实施方式中，所述电子传输层的厚度为1nm～500nm。

34、在其中一些实施方式中，所述空穴传输层的材料选自niox、聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸、聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]、(2-(9h-咔唑-9-基)乙基)膦酸、[2-(3,6-二甲氧基-9h-咔唑-9-基)乙基]膦酸、[4-(3,6-二甲氧基-9h-咔唑-9-基)丁基]膦酸、2,2′,7,7′-四(n，n-二-对甲氧基苯基胺)9,9′-螺二芴和3-己基噻吩聚合物中的至少一种。

35、在其中一些实施方式中，所述钙钛矿吸光层的厚度为0.1μm～2μm。

36、在其中一些实施方式中，所述空穴传输层的厚度为1nm～500nm。

37、在其中一些实施方式中，所述导电玻璃层的材料选自氧化铟锡、氟掺杂氧化锡、氧化铝锌、氧化铝铟、氧化铟铈和氧化铟钨中的至少一种。

38、在其中一些实施方式中，所述导电玻璃层的厚度为1nm～500nm。

39、在其中一些实施方式中，在所述电子传输层和所述电极层之间还层叠设置有缓冲层。

40、在其中一些实施方式中，所述缓冲层的材料选自聚甲基丙烯酸甲酯、2,9-二甲基-4,7-二苯基-1,10-菲啰啉和聚苯乙烯中的一种或多种。

41、在其中一些实施方式中，所述缓冲层的厚度为1nm～100nm。

42、本发明至少具有如下有益效果：

43、本发明提供的钙钛矿薄膜的制备方法，在沉积fapbi3薄膜之前先在衬底沉积一层第三相态的fapbi3（t-相），这种相态是介于黑色相和黄色相之间的一种具有光活性的相态，然后再通过溶液法制备fapbi3薄膜。溶液法制备fapbi3薄膜包括退火处理步骤，即钙钛矿成核结晶过程，在该过程中，t-fapbi3会嵌入到钙钛矿晶格中，施加压缩应变来实现平衡晶格应变的作用，对fapbi3钙钛矿的晶格调控效果明显。这样的方法不仅可以改善载流子的传输，有效的提升器件的光电性能，还可以提升器件的稳定性，阻止常温下不利的黑色相向非光活性黄色相转变。另外，本发明提供的钙钛矿薄膜的制备方法工艺简单，简化了工艺流程，有利于大面积器件的制备，成本低廉，所需要的钝化材料用量少，适合产业化。