一种钙钛矿薄膜、钙钛矿太阳能电池及其制备方法

本发明涉及太阳能电池，尤其涉及一种钙钛矿薄膜、钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术：

1、刮涂工艺已被证明是一种可以大面积放大钙钛矿薄膜和器件的有效技术，但当前刮涂钙钛矿太阳能电池的技术在成核和结晶过程中面临不均匀性，导致薄膜质量控制困难、稳定性不足以及效率提升空间有限等问题。这些挑战限制了钙钛矿太阳能电池性能的进一步提升和商业化应用的推广。

2、具体地，目前刮涂工艺得到的钙钛矿太阳能电池的效率相对于旋涂工艺较低，克服复杂的流体动力学和调控晶体成核结晶过程是优化刮涂工艺的核心。另外，与旋涂工艺中滴加反溶剂相比，刮涂工艺中湿膜干燥的时间窗口更长，而整个干燥过程中控制钙钛矿成核和晶体生长对于实现均匀的钙钛矿薄膜极其重要。由于钙钛矿前驱体溶液较低的成核速率和高的晶体生长速率，若钙钛矿前驱体溶液干燥所需的时间窗口过长，干燥过程中会发生钙钛矿前驱体溶液低成核密度的大晶粒生长，形成表面粗糙、针孔和不均匀的薄膜；若时间窗口过窄，刮涂过程中湿膜迅速干燥，结晶质量差，制备的薄膜会存在大量针孔。这些都会导致钙钛矿薄膜内部存在缺陷，例如空位、间隙、杂质和晶界等。这些缺陷会对载流子迁移产生不良影响，从而降低光伏器件的性能以及稳定性。缺陷引起的离子迁移和累积会导致迟滞现象，降低光伏器件性能的可靠性和再现性。因此，提升钙钛矿薄膜的质量、钝化钙钛矿薄膜的缺陷对提升钙钛矿太阳能电池的效率和稳定性至关重要。

3、因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现思路

1、基于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种钙钛矿薄膜、钙钛矿太阳能电池及其制备方法，旨在解决现有刮涂工艺制备的钙钛矿薄膜质量较差、存在缺陷的问题的问题。

2、本发明的技术方案如下：

3、本发明的第一方面，提供一种钙钛矿薄膜的制备方法，其中，所述钙钛矿薄膜的制备方法包括步骤：

4、将钙钛矿前驱体和添加剂加入到有机溶剂中，得到钙钛矿前驱体溶液；

5、将所述钙钛矿前驱体溶液施加在基底上进行刮涂，退火后，得到所述钙钛矿薄膜；

6、所述添加剂包括卤化锌。

7、可选地，所述卤化锌包括znf2、zncl2、znbr2和zni2中的至少一种；

8、所述钙钛矿前驱体包括第一钙钛矿前驱体和第二钙钛矿前驱体；

9、所述第一钙钛矿前驱体包括卤化铅和卤化锡中的至少一种，所述第二钙钛矿前驱体包括卤化甲胺、卤化甲脒和卤化铯中的至少一种；

10、所述有机溶剂包括n,n-二甲基甲酰胺和n-甲基吡咯烷酮中的至少一种。

11、可选地，所述将所述钙钛矿前驱体溶液施加在基底上进行刮涂的步骤具体包括：

12、将8～12μl所述钙钛矿前驱体溶液施加在刮刀与基底的缝隙中，以2～5mm/s的速度进行刮涂，形成湿膜，并用0.2～0.5mpa的氮气吹扫所述湿膜。

13、可选地，所述退火的步骤具体包括：

14、先在50～80℃的温度下退火2～30min，然后在120～150℃的温度下退火8～10min。

15、可选地，所述钙钛矿薄膜为fa0.86cs0.14pbi3薄膜。

16、本发明的第二方面，提供一种钙钛矿薄膜，其中，采用本发明如上所述的制备方法制备得到。

17、本发明的第三方面，提供一种钙钛矿太阳能电池，其中，所述钙钛矿太阳能电池包括依次层叠设置的第一电极、钙钛矿吸光层以及第二电极，所述钙钛矿吸光层包括本发明如上所述的钙钛矿薄膜。

18、可选地，所述钙钛矿太阳能电池还包括设置在所述第一电极与所述钙钛矿吸光层之间的空穴传输层，以及设置在所述钙钛矿吸光层与所述第二电极之间的电子传输层和空穴阻挡层；

19、所述电子传输层靠近所述钙钛矿吸光层设置，所述空穴阻挡层靠近所述第二电极设置。

20、本发明的第四方面，提供一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，其中，所述钙钛矿太阳能电池的制备方法包括步骤：

21、提供第一电极；

22、采用本发明如上所述的制备方法，在所述第一电极上制备钙钛矿薄膜，形成钙钛矿吸光层；

23、在所述钙钛矿吸光层上形成第二电极，得到所述钙钛矿太阳能电池。

24、可选地，所述钙钛矿太阳能电池的制备方法还包括如下步骤：

25、在所述第一电极与所述钙钛矿吸光层之间形成空穴传输层；

26、在所述钙钛矿吸光层与所述第二电极之间形成电子传输层和空穴阻挡层，所述电子传输层靠近所述钙钛矿吸光层设置，所述空穴阻挡层靠近所述第二电极设置。

27、有益效果：锌相较于铅具有较低的电负性和更显著的路易斯酸性。因此，锌与钙钛矿中卤素(例如碘)之间的键合力强于铅(或锡)与碘之间的结合力。向钙钛矿前驱体溶液中引入卤化锌，其中zn2+能够适度调节钙钛矿晶体的生长过程，并有效地钝化卤素(例如碘)空位的缺陷；卤素离子(氟离子、氯离子、溴离子或碘离子)可以延缓钙钛矿结晶过程，提高晶体质量。因此，添加剂的加入能够提升钙钛矿薄膜的结晶质量，减少缺陷所带来的载流子复合损失，使得载流子寿命得到增加，最终使得钙钛矿太阳能电池的光电转化效率得到提升，在0.1cm2有效面积获得了24.3％的光电转化效率。

技术特征：

1.一种钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，所述钙钛矿薄膜的制备方法包括步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述卤化锌包括znf2、zncl2、znbr2和zni2中的至少一种；

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述将所述钙钛矿前驱体溶液施加在基底上进行刮涂的步骤具体包括：

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述退火的步骤具体包括：

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述钙钛矿薄膜为fa0.86cs0.14pbi3薄膜。

6.一种钙钛矿薄膜，其特征在于，采用权利要求1-5任一项所述的制备方法制备得到。

7.一种钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述钙钛矿太阳能电池包括依次层叠设置的第一电极、钙钛矿吸光层以及第二电极，所述钙钛矿吸光层包括权利要求6所述的钙钛矿薄膜。

8.根据权利要求7所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述钙钛矿太阳能电池还包括设置在所述第一电极与所述钙钛矿吸光层之间的空穴传输层，以及设置在所述钙钛矿吸光层与所述第二电极之间的电子传输层和空穴阻挡层；所述电子传输层靠近所述钙钛矿吸光层设置，所述空穴阻挡层靠近所述第二电极设置。

9.一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述钙钛矿太阳能电池的制备方法包括步骤：

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述钙钛矿太阳能电池的制备方法还包括如下步骤：

技术总结本发明公开一种钙钛矿薄膜、钙钛矿太阳能电池及其制备方法，涉及太阳能电池技术领域。所述钙钛矿薄膜的制备方法包括步骤：将钙钛矿前驱体和添加剂加入到有机溶剂中，得到钙钛矿前驱体溶液；将所述钙钛矿前驱体溶液施加在基底上进行刮涂，退火后，得到所述钙钛矿薄膜；所述添加剂包括卤化锌。本发明中卤化锌的加入能够提升钙钛矿薄膜的结晶质量，减少缺陷所带来的载流子复合损失，使得载流子寿命得到增加，最终使得钙钛矿太阳能电池的光电转化效率得到提升。技术研发人员：丘龙斌,王欣,李欢,李思博受保护的技术使用者：南方科技大学技术研发日：技术公布日：2024/7/29