CN106784322B - 一种钙钛矿薄膜及其制备方法与钙钛矿太阳能电池 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种钙钛矿薄膜及其制备方法与钙钛矿太阳能电池，方法包括步骤：首先将钙钛矿前驱体溶液旋涂到衬底上；其中，所述钙钛矿前驱体溶液选用的溶剂为DMF、DMSO、

Description

一种钙钛矿薄膜及其制备方法与钙钛矿太阳能电池
技术领域
本发明涉及太阳电池技术领域，尤其涉及一种钙钛矿薄膜及其制备方法与钙钛矿太阳能电池。
背景技术
目前，制备致密的钙钛矿薄膜的方法通常为，采用钙钛矿前躯体溶液，使其一直旋转，在旋转成膜过程中，在溶剂未干的时候，滴入如甲苯，氯苯，乙醚等反型溶剂（anti-solvent）诱导钙钛矿前躯体快速结晶，从而制成致密的钙钛矿薄膜。该方法虽然能制成致密的钙钛矿薄膜，但使用该方法制备钙钛矿薄膜时，也存在以下几个问题：
（1）在反型溶剂滴入前，钙钛矿前躯体没有充分的时间进行结晶；
（2）溶剂挥发的时间过短，钙钛矿前躯体成膜前的状态不好控制。
以上两个因素限制了反型溶剂快速诱导钙钛矿结晶成膜技术制备成大晶粒的钙钛矿薄膜。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
鉴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及其制备方法与钙钛矿太阳能电池，旨在解决现有方法在反型溶剂滴入后，钙钛矿前躯体没有充分的时间进行结晶，溶剂挥发的时间过短，钙钛矿前躯体成膜前的状态不好控制的问题。
本发明的技术方案如下：
一种钙钛矿薄膜的制备方法，其中，包括：
步骤A、首先将钙钛矿前驱体溶液旋涂到衬底上；其中，所述钙钛矿前驱体溶液选用的溶剂为DMF、DMSO、中的一种或多种；
步骤B、然后旋转旋涂有钙钛矿前驱体溶液的衬底，在钙钛矿前驱体溶液未完全挥发时，停止旋转，放置一定的时间；
步骤C、重新旋转旋涂有钙钛矿前驱体溶液的衬底，然后再滴入反型溶剂，在80~120℃下退火5~15分钟，制成钙钛矿薄膜。
所述的钙钛矿薄膜的制备方法，其中，所述步骤A中，所述衬底为透明电极，所述透明电极上形成有一致密层。
所述的钙钛矿薄膜的制备方法，其中，所述致密层为TiO2、SnO2、ZnO、PEDOT:PSS、NiO中的一种。
所述的钙钛矿薄膜的制备方法，其中，所述步骤B中，放置的时间为10~180s。
所述的钙钛矿薄膜的制备方法，其中，所述步骤B中，放置的时间为10~50s。
所述的钙钛矿薄膜的制备方法，其中，所述步骤C中，所述反型溶剂为甲苯、氯苯、氯仿、乙醚中的一种或多种。
所述的钙钛矿薄膜的制备方法，其中，所述透明电极为ITO导电玻璃。
所述的钙钛矿薄膜的制备方法，其中，所述致密层的厚度为30~50nm。
一种钙钛矿薄膜，其中，所述钙钛矿薄膜采用如上任一所述的钙钛矿薄膜的制备方法制备而成。
一种钙钛矿太阳能电池，其中，所述钙钛矿太阳能电池包括如上所述的钙钛矿薄膜。
有益效果：本发明在使用钙钛矿溶液进行制备成膜的过程中，选用DMF、DMSO、等中的一种或多种作为溶剂配制钙钛矿溶液，该溶剂能够有效的减慢钙钛矿溶液挥发的时间，使钙钛矿薄膜的结晶时间变长。另外，本发明在钙钛矿成膜过程中，在钙钛矿前驱体溶液中溶剂尚未完全挥发时，停止旋涂仪的旋转，使其静止一段时间，延长钙钛矿薄膜的成膜时间来增加钙钛矿薄膜的成膜质量，从而提高钙钛矿薄膜所制备的钙钛矿太阳能电池的性能。
具体实施方式
本发明提供一种钙钛矿薄膜及其制备方法与钙钛矿太阳能电池，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明的一种钙钛矿薄膜的制备方法，其中，包括：
步骤A、首先将钙钛矿前驱体溶液旋涂到衬底上；其中，所述钙钛矿前驱体溶液选用的溶剂为DMF（富马酸二甲酯）、DMSO（二甲基亚砜）、（）中的一种或多种；
上述步骤A具体为，滴入钙钛矿前驱体溶液到衬底上，所述衬底可以为透明电极（如ITO导电玻璃），在所述透明电极上形成有一致密层，所述致密层为半导体的致密层，所述致密层可以为TiO2、SnO2、ZnO、PEDOT:PSS、NiO等中的一种，优选的致密层为PEDOT:PSS。所述致密层的厚度为30~50nm，优选的厚度为40nm。
步骤B、然后旋转旋涂有钙钛矿前驱体溶液的衬底，在钙钛矿前驱体溶液未完全挥发时，停止旋转，放置一定的时间；
上述步骤B具体为，然后旋转旋涂有钙钛矿前驱体溶液的衬底，在钙钛矿前驱体溶液未完全挥发时，停止旋转，放置一定的时间，以让溶剂缓慢挥发，从而实现溶剂退火，延长钙钛矿前驱体的结晶时间。例如放置的时间为10~180s，优选的放置的时间为10~50s，如10s、20s、30s、40s或50s，便于让溶剂缓慢挥发，延长钙钛矿前驱体的结晶时间，该溶剂为DMF、DMSO、中的一种或多种。
本发明在钙钛矿成膜过程中，在钙钛矿前驱体溶液中的溶剂尚未完全挥发时，停止旋转，使其静止一段时间，延长钙钛矿薄膜的成膜时间来增加钙钛矿薄膜的成膜质量。
步骤C、重新旋转旋涂有钙钛矿前驱体溶液的衬底，然后再滴入反型溶剂，在80~120℃（如100℃）下退火5~15分钟（如10分钟），制成钙钛矿薄膜。
上述步骤C具体为，重新旋转旋涂有钙钛矿前驱体溶液的衬底，然后再滴入反型溶剂，所述反型溶剂可以为甲苯、氯苯、氯仿、乙醚等中的一种或多种，优选的反型溶剂为甲苯或氯苯，最后在80~120℃下退火5~15分钟，如100℃下退火10分钟，即可制成钙钛矿薄膜。
本发明在使用钙钛矿溶液进行制备成膜的过程中，选用DMF、DMSO、等中的一种或多种作为溶剂配制钙钛矿溶液，该溶剂能够有效的减慢钙钛矿溶液挥发的时间，使钙钛矿薄膜的结晶时间变长。另外，本发明在钙钛矿成膜过程中，在钙钛矿前驱体溶液中溶剂尚未完全挥发时，停止旋涂仪的旋转，使其静止一段时间，延长钙钛矿薄膜的成膜时间来增加钙钛矿薄膜的成膜质量。
与现有技术相比，本发明的钙钛矿薄膜成膜工艺的有益效果表现如下：
（1）、本发明钙钛矿成膜工艺能有效地延缓钙钛矿溶液中溶剂挥发的时间，从而保证采用反型溶剂进行快速诱导结晶时，钙钛矿前躯体的薄膜质量；
（2）、采用本发明新型钙钛矿薄膜成膜工艺制备钙钛矿太阳能电池的效率有明显提供，其中器件性能参数中的填充因子，开路电压以及短路电流都有明显的提升。
本发明还提供一种钙钛矿薄膜，其中，所述钙钛矿薄膜采用如上任一所述的钙钛矿薄膜的制备方法制备而成。
本发明还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如上所述的钙钛矿薄膜。本发明方法制备的钙钛矿薄膜应用于制备钙钛矿太阳能电池时，所制备的钙钛矿太阳能电池的器件性能得到一定程度的提高，其各项性能参数，如填充因子，开路电压，短路电流都能得到一定程度的提高。现有技术对钙钛矿太阳能电池的制备方法已有详细记载，本发明在此不再进行赘述。
下面通过实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
钙钛矿薄膜的制备步骤如下：
1）、首先将钙钛矿前驱体溶液旋涂到ITO导电玻璃上；其中所述钙钛矿前驱体溶液选用的溶剂为DMF，所述ITO导电玻璃上形成有40nm的PEDOT:PSS致密层；
2)、然后旋转旋涂有钙钛矿前驱体溶液的衬底，在钙钛矿前驱体溶液未完全挥发时，停止旋转，放置一定的时间，时间为0s；
3)、重新旋转旋涂有钙钛矿前驱体溶液的衬底，然后再滴入甲苯作为反型溶剂，在100℃下退火10分钟，制成钙钛矿薄膜。
实施例2
本实施例与实施例1基本一致，区别在于：
改变步骤2）中放置的时间，放置的时间控制为10s。
实施例3
本实施例与实施例1基本一致，区别在于：
改变步骤2）中放置的时间，放置的时间控制为30s。
分别将上述实施例1、2和3制得的钙钛矿薄膜用于制备钙钛矿太阳能电池，制成的钙钛矿太阳能电池自下而上依次包括：ITO导电玻璃、40nm的PEDOT:PSS致密层、300nm厚的CH3NH3Pb（I0.85Cl0.15）3（即钙钛矿薄膜）、30nm厚的PCBM（富勒烯衍生物）、10nm厚的PEIE及90nm厚的Ag，钙钛矿太阳能电池有效面积为0.045cm2，钙钛矿太阳能电池能量转换效率如下表1所示。
测试条件：AM1.5G，100mw/cm2，Newport，Oriel太阳模拟器，I-V曲线采用Keithly2400型数字源表进行测量，所有测试均在氮气环境下进行测试。
表1、实施例对比数据
综上所述，本发明提供的一种钙钛矿薄膜及其制备方法与钙钛矿太阳能电池，本发明在钙钛矿成膜过程中，在钙钛矿前驱体溶液中溶剂尚未完全挥发时，停止旋涂仪的旋转，使其静止一段时间，延长钙钛矿薄膜的成膜时间来增加钙钛矿薄膜的成膜质量，从而提高所制备的钙钛矿太阳能电池的器件性能，其中器件性能参数中的填充因子，开路电压以及短路电流都有明显的提升。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，包括：
步骤A、首先将钙钛矿前驱体溶液旋涂到衬底上；其中，所述钙钛矿前驱体溶液选用的 溶剂为DMF、DMSO、中的一种或多种；
步骤B、然后旋转旋涂有钙钛矿前驱体溶液的衬底，在钙钛矿前驱体溶液未完全挥发时，停止旋转，放置一定的时间；
步骤C、重新旋转旋涂有钙钛矿前驱体溶液的衬底，然后再滴入反型溶剂，在80~120℃下退火5~15分钟，制成钙钛矿薄膜；
所述步骤B中，放置的时间为10~180s；
所述步骤B中，在钙钛矿前驱体溶液中溶剂尚未完全挥发时，停止旋涂仪的旋转，使其静止一定的时间，延长钙钛矿薄膜的成膜时间来增加钙钛矿薄膜的成膜质量。
2.根据权利要求1所述的钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤A中，所述衬底为透明电极，所述透明电极上形成有一致密层。
3.根据权利要求2所述的钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，所述致密层为TiO2、SnO2、ZnO、PEDOT:PSS、NiO中的一种。
4.根据权利要求1所述的钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤B中，放置的时间为10~50s。
5.根据权利要求1所述的钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤C中，所述反型溶剂为甲苯、氯苯、氯仿、乙醚中的一种或多种。
6.根据权利要求2所述的钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，所述透明电极为ITO导电玻璃。
7.根据权利要求2所述的钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，所述致密层的厚度为30~50nm。
8.一种钙钛矿薄膜，其特征在于，所述钙钛矿薄膜采用如权利要求1~7任一所述的钙钛矿薄膜的制备方法制备而成。
9.一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如权利要求8所述的钙钛矿薄膜。
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