钙钛矿前驱体溶液、钙钛矿太阳能电池及其制备方法、用电装置与流程

本技术涉及太阳能电池，特别是涉及一种钙钛矿前驱体溶液、钙钛矿太阳能电池及其制备方法、用电装置。

背景技术：

1、钙钛矿型太阳能电池(perovskite solar cells)，是利用钙钛矿型的有机金属卤化物半导体作为吸光材料的太阳能电池，属于第三代太阳能电池，也称作新概念太阳能电池。其中钙钛矿薄膜是钙钛矿型太阳能电池的主要功能层。

2、钙钛矿薄膜的制备通常需经过湿膜涂覆、溶剂猝灭、退火三道工序，在器件制备中通常采用旋涂法涂覆湿膜，反溶剂滴加进行溶剂猝灭，而后在一定温度、时间条件下退火结晶形成钙钛矿薄膜，但该方法制备得到的钙钛矿薄膜大都存在膜层品质(致密性、平整性或均匀性)不佳的问题。

技术实现思路

1、本技术提供一种钙钛矿前驱体溶液、钙钛矿太阳能电池及其制备方法、用电装置。该钙钛矿太阳能电池中的钙钛矿薄膜的膜层均匀、品质高。

2、本技术的第一方面，提供一种钙钛矿太阳能电池，其特征在于，包括层叠设置的透明电极、第一功能层、钙钛矿薄膜、第二功能层和第二电极层，所述钙钛矿薄膜中钙钛矿晶粒尺寸分布≥1.2μm。

3、本技术提供的钙钛矿太阳能电池中的钙钛矿薄膜中钙钛矿晶粒尺寸分布≥1.2μm，这是传统工艺所难以达到的，相应的钙钛矿薄膜的平整度得到明显的提升，进而有效提升电池效率。

4、在其中一个实施例中，所述钙钛矿薄膜中钙钛矿晶粒尺寸分布≥2μm；进一步地，所述钙钛矿薄膜中钙钛矿晶粒尺寸分布为2μm～3μm。

5、本技术的第二方面，提供一种钙钛矿前驱体溶液，其组成包括钙钛矿前驱体材料以及溶剂；所述溶剂包括第一溶剂和第二溶剂，满足如下(1)～(2)中的至少一项：

6、(1)所述第一溶剂的沸点小于所述第二溶剂的沸点；可选地，所述第一溶剂的沸点与所述第二溶剂的沸点的差值的绝对值≥30；进一步可选地，所述第一溶剂的沸点与所述第二溶剂的沸点的差值的绝对值为50～150；

7、(2)第一溶剂的饱和蒸汽压大于第二溶剂的饱和蒸汽压；可选地，所述第一溶剂的饱和蒸汽压为所述第二溶剂的饱和蒸汽压的8倍以上；进一步可选地，所述第一溶剂的饱和蒸汽压为所述第二溶剂的饱和蒸汽压的倍数为10～300倍。

8、本技术采用沸点不同和/或饱和蒸汽压不同的两种溶剂进行配合，以实现工艺窗口的调整，进而适应风刀工艺，实现高品质钙钛矿薄膜的制备。

9、在其中一个实施例中，所述第一溶剂满足如下(1)～(2)中的至少一项：

10、(1)沸点为70～160℃；可选地，沸点为75～155℃；

11、(2)饱和蒸汽压为在20℃条件下，大于2mm hg；可选地，饱和蒸汽压在20℃条件下，为2.5～200mm hg。

12、在其中一个实施例中，所述第二溶剂满足如下(1)～(2)中的至少一项：

13、(1)沸点为130～220℃；可选地，沸点为150～210℃；

14、(2)饱和蒸汽压为在20℃条件下，小于或等于3mm hg；可选地，饱和蒸汽压在20℃条件下，为0.2～3mm hg。

15、在其中一个实施例中，所述第一溶剂与所述第二溶剂的体积比为y，20≥y≥1。

16、在其中一个实施例中，所述钙钛矿前驱体溶液的固含量为10％～40％；可选地，所述钙钛矿前驱体溶液的固含量为10％～25％。

17、在其中一个实施例中，所述第一溶剂包括乙腈、二氧六环、乙二醇单甲醚和n'n-二甲基甲酰胺中的一种或多种。

18、在其中一个实施例中，所述第二溶剂包括n'n-二甲基甲酰胺、n'n-二乙基乙酰胺、n-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜和γ-內丁酯中的一种或多种。

19、在其中一个实施例中，所述钙钛矿前驱体材料的结构通式为abx3或a2cdx6，其中，a为一价阳离子，b为二价金属阳离子，c和d分别为一价和三价金属阳离子，x为一价阴离子；

20、可选地，a包括cs+、k+、rb+、一价胺类阳离子和一价脒基阳离子中的一种或多种；

21、可选地，b包括pb2+、sn2+、fe2+、mn2+、ni2+、ge2+、co2+和sb2+中的一种或多种；

22、可选地，c包括cs+、ag+、k+和ru+中一种或多种；

23、可选地，d包括bi3+、ni3+、fe3+和cu3+中的一种或多种；

24、可选地，x包括i-、br-和cl-中的一种或多种。

25、本技术的第三方面，提供一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：

26、于透明电极的表面制备第一功能层；

27、于所述第一功能层的表面制备钙钛矿薄膜；

28、于所述钙钛矿薄膜的表面制备第二功能层；

29、于所述第二功能层的表面制备第二电极层；

30、于所述第一功能层的表面制备钙钛矿薄膜的步骤包括：

31、通过狭缝涂布在所述第一功能层的表面上施加钙钛矿前驱体溶液，通过风刀工艺对所述钙钛矿前驱体溶液中的溶剂进行猝灭，形成中间态膜；其中所述钙钛矿前驱体溶液为第二方面所述的钙钛矿前驱体溶液；

32、对所述中间态膜进行退火，制备所述钙钛矿薄膜。

33、上述制备方法在采用上述钙钛矿前驱体溶液的基础上，配合采用风刀工艺对所述钙钛矿前驱体溶液中的溶剂进行猝灭，通过溶剂配伍以及风刀工艺的控制，能够协同实现高品质钙钛矿薄膜的制备。另外，该制备方法更适用于工业化大面积钙钛矿薄膜制备。

34、在其中一个实施例中，所述第一溶剂与所述第二溶剂的体积比为y，所述狭缝涂布与风刀工艺同步进行，且20≥y≥6；可选地，15≥y≥6。

35、在其中一个实施例中，所述的钙钛矿薄膜的制备方法满足如下(1)～(4)中的至少一项：

36、(1)沿所述狭缝涂布的涂布方向，所述风刀工艺的风刀位于所述狭缝涂布的刀头后方5cm～30cm；可选地，所述风刀工艺的风刀位于所述狭缝涂布的刀头后方10cm～20cm；

37、(2)所述风刀工艺的风刀刀头与所述第一功能层的表面的距离为0.5cm～3cm；可选地，所述风刀工艺的风刀刀头与所述第一功能层的表面的距离为1cm～2cm；进一步可选地，所述风刀工艺的风刀刀头与所述第一功能层的表面的距离为0.8cm～1.2cm；

38、(3)所述风刀工艺的风刀压力为0.2mpa～4mpa；可选地，所述风刀工艺的风刀压力为1mpa～4mpa；更进一步可选地，所述风刀工艺的风刀压力为2mpa～4mpa；

39、(4)所述风刀工艺的风刀和所述狭缝涂布的刀头的走速为5～80mm/s；可选地，所述风刀工艺的风刀和所述狭缝涂布的刀头的走速为5～45mm/s；更进一步可选地，所述风刀工艺的风刀和所述狭缝涂布的刀头的走速为15～25mm/s。

40、在其中一个实施例中，所述第一溶剂与所述第二溶剂的体积比为y，所述狭缝涂布与风刀工艺依次进行，且6≥y≥1；可选地，4≥y≥3。

41、在其中一个实施例中，所述的钙钛矿薄膜的制备方法满足如下(1)～(3)中的至少一项：

42、(1)所述风刀工艺的风刀刀头与所述第一功能层的表面的距离为0.5cm～3cm；可选地，所述风刀工艺的风刀刀头与所述第一功能层的表面的距离为0.5cm～2cm；进一步可选地，所述风刀工艺的风刀刀头与所述第一功能层的表面的距离为0.8cm～1.2cm；

43、(2)所述风刀工艺的风刀压力为0.3mpa～6mpa；可选地，所述风刀工艺的风刀压力为1mpa～6mpa；进一步可选地，所述风刀工艺的风刀压力为2mpa～4mpa；

44、(3)所述风刀工艺的风刀和所述狭缝涂布的刀头的走速为5～80mm/s；可选地，所述风刀工艺的风刀和所述狭缝涂布的刀头的走速为15～80mm/s；进一步可选地，所述风刀工艺的风刀和所述狭缝涂布的刀头的走速为25～55mm/s。

45、本技术的第四方面，提供一种用电装置，包括第一方面所述的钙钛矿太阳能电池和第三方面所述的制备方法制备得到的钙钛矿太阳能电池中的至少一种。