CN115605063A - 一种有序多孔碘化铅制备高性能钙钛矿薄膜的方法及应用 - Google Patents
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Abstract
一种有序多孔碘化铅制备高性能钙钛矿薄膜的方法及应用，将碘化铅粉末均匀溶解于N,N‑二甲基甲酰胺/二甲基亚砜混合溶剂中，得碘化铅溶液；将有机铵盐溶解于有机溶剂中，得有机铵盐溶液；将PS微球分散溶液沉积于基板表面，并加热干燥，得均匀的单层PS微球模板薄膜；在PS微球模板表面沉积碘化铅溶液，加热退火，得含有模板的碘化铅薄膜；用有机溶液甲苯洗去PS微球模板，得多孔碘化铅薄膜；将碘化铅薄膜沉积有机铵盐溶液，退火处理，得所述的高性能钙钛矿薄膜。本发明有效解决传统两步法制备工艺中无法反应完全和大面积均匀性问题；制备方法较简单、操作方便，能耗较低，采用的两步法也是实现大面积高质量钙钛矿薄膜的制备。
Description
技术领域
本发明属于钙钛矿太阳能电池技术领域，具体涉及一种有序多孔碘化铅制备高性能大面积钙钛矿薄膜的方法及其应用。
背景技术
钙钛矿太阳能电池作为一类新型太阳电池，因其具有成本低廉、制备工艺简单的特性，成为当今最具有商业化应用前景的光伏技术。目前该电池的实验室认证效率已达到25.7%，是最有潜力替代市场上价格相对昂贵的多晶硅、铜铟镓硒（CIGS）、碲化镉（CdTe）太阳能电池。从制备工艺来看，溶液法为最广泛的制备吸光层方式，符合低成本制备高性能器件的预期。但是目前的高性能器件都是基于实验室级别的旋涂法以及反溶剂辅助的方法加以实现，这和工业级别的大面积生产不匹配。旋涂法制备大面积薄膜过程中，均匀性会降低，性能将会很大程度的损失。因此实现大面积均匀制备钙钛矿吸光层成为了商业化钙钛矿的前提。
两步法是目前比较容易实现的钙钛矿薄膜大面积制备方法，主要步骤包括：首先沉积无机碘化铅层，然后在碘化铅薄膜上涂敷一层有机铵盐溶液，形成相互反应扩散的过程，进而形成钙钛矿薄膜。然而，研究发现，反应的进行程度往往影响着薄膜质量，如果碘化铅残留过多将会使得器件的性能下降等问题。此外，有机铵盐反应扩散不一致导致钙钛矿薄膜不均匀更会导致大面积钙钛矿器件光电转化效率下降。
发明内容
本发明的目的在于，针对现有两步法制备大面积钙钛矿太阳能电池存在的反应不完全和不均匀等问题，提供一种有序多孔碘化铅（PbI2）制备高性能钙钛矿薄膜的方法，在制备碘化铅层步骤前引入均匀的聚苯乙烯（PS）微球单层模板，再沉积碘化铅，最后通过刻蚀微球得到均匀有序的多孔碘化铅层，有利于后续的二步反应扩散并生成高质量均匀的钙钛矿薄膜，进而有效提高所得大面积钙钛矿太阳能电池的光电转化效率。
本发明是通过以下技术方案实现的。
本发明所述的一种有序多孔碘化铅制备高性能钙钛矿薄膜的方法，采用两步法制备工艺，其中在第一步碘化铅薄膜的制备过程中，采用PS微球模板刻蚀的技术。包括如下步骤。
（1）将碘化铅粉末均匀溶解于N,N-二甲基甲酰胺/二甲基亚砜（DMF/DMSO）混合溶剂中，得碘化铅溶液，备用。
（2）将有机铵盐溶解于有机溶剂中，得有机铵盐溶液，备用。
（3）将PS微球分散溶液沉积于基板表面，并加热干燥，得均匀的单层PS微球模板薄膜，备用。
（4）在步骤（3）所得模板表面沉积步骤（1）的碘化铅溶液，并加热退火，得含有模板的碘化铅薄膜。
（5）将步骤（4）所得碘化铅薄膜用有机溶液甲苯洗去PS微球模板，得到刻蚀后的均匀有序的多孔碘化铅薄膜。
（6）将步骤（5）所得的碘化铅薄膜沉积步骤（2）的有机铵盐溶液，得钙钛矿薄膜，再进行退火处理，得所述的高性能钙钛矿薄膜。
上述方案中，步骤（1）所述的N,N-二甲基甲酰胺/二甲基亚砜（DMF/DMSO）混合溶剂中，DMF与DMSO的体积比为9.5:0.1~1.0。优选的，所述DMF与DMSO的体积比为9.5:0.5。
上述方案中，步骤（1）中所述的碘化铅粉末与DMF/DMSO混合溶剂的用量比为1g:1.3~1.7mL。优选的，所述碘化铅粉末与DMF/DMSO混合溶剂的用量比为1g:1.45mL或1g:1.67mL。
上述方案中，步骤（2）中所述的有机铵盐可选用碘化甲脒（FAI）、氯化甲铵（MACl）、甲基碘化铵（MAI）等中的一种或几种。优选的，所述有机铵盐为碘化甲脒、氯化甲铵、甲基碘化铵等中的两种以上。
进一步地，步骤（2）中所述的有机胺盐中，若选择碘化甲脒、氯化甲铵，则碘化甲脒与氯化甲铵的质量比为8~12:1，优选的，所述的碘化甲脒与氯化甲铵的质量比为10:1；若选择甲基碘化铵、氯化甲铵，则甲基碘化铵与氯化甲铵的质量比为10~14:1，优选的，所述的甲基碘化铵与氯化甲铵的质量比为12:1。
上述方案中，步骤（2）中所述的有机铵盐溶液的浓度为0.01~9.99mol/L。优选的，所述的有机铵盐溶液的浓度为0.38~0.66mol/L。
上述方案中，步骤（2）中所述的有机溶剂为醇溶剂，具体可选用异丙醇（IPA）、正丁醇等醇类。
上述方案中，步骤（3）中所述的PS微球模板的单个直径大小为500~1500 nm。优选的，所述PS微球模板的单个直径为1000 nm。
上述方案中，步骤（4）所述的退火处理温度为50~80℃，时间为≤5min。优选的，步骤（4）所述退火处理温度70℃，时间为1min。
上述方案中，步骤（5）所述的碘化铅溶液与有机铵盐溶液的体积比为1:1.0~5.0。优选的，所述碘化铅溶液与有机铵盐溶液的体积比为1:1.2~1.8。
上述方案中，步骤（6）所述退火处理温度为100~150℃，时间为≤60min。优选的，步骤（6）所述退火处理温度130~150℃，时间为13~15min。
本发明所述的一种有序多孔碘化铅制备高性能钙钛矿薄膜在钙钛矿太阳能电池中作为钙钛矿吸光层的应用。包括步骤如下：
1）刻蚀透明导电基板并清洗备用；
2）在清洗后的透明导电基板上沉积电子传输层或空穴传输层；
3）制备高性能钙钛矿薄膜，作为钙钛矿吸光层(两步法制备）；
4）在所得钙钛矿吸光层表面沉积空穴传输层或电子传输层；
5）蒸镀金属电极。
上述方案中，步骤1）所述的透明导电基板包括但不限于FTO玻璃(掺氟氧化锡)、ITO(氧化铟锡)等，厚度为10nm~500nm。
上述方案中，步骤2）或步骤4）所述电子传输层包括但不限于二氧化锡（SnO2）、二氧化钛（TiO2）、氧化锌（ZnO）、[6，6]-苯基-C61-丁酸异甲酯（PCBM）、富勒烯（C60）等，及他们的组合，电子传输层的厚度为10nm~400nm。
上述方案中，步骤2）或步骤4）空穴传输层包括但不限于2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴（Spiro-OMeTAD）、聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺（PTAA）、聚三已基噻酚（P3HT）、氧化镍等，以及它们的组合，空穴传输层的厚度为10nm~400nm。
上述方案中，步骤5）所述金属电极可选用金或银等。
上述方案中，所述用来制备吸光层的两步法包括但不限于：旋涂、刮涂、喷涂、狭缝涂布或任意工艺组合等。
上述方案中，所述钙钛矿太阳能电池结构包括但不限于：含n-i-p正式结构或p-i-n反式结构。
本发明的原理：本发明在大面积有机无机杂化钙钛矿的两步法制备工艺中，采用PS微球模板刻蚀来制备均匀有序的多孔碘化铅薄膜，刻蚀碘化铅薄膜形成宏观和微观的孔隙结构，形成一个超浸润的碘化铅界面，这为后续的有机铵盐溶液提供了更广阔的反应面积和更易扩散的界面，促进完全反应和大面积范围扩散同时有效提高大面积钙钛矿成膜质量和均匀性。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：（1）本发明首次采用PS微球模板法制备均匀有序的多孔碘化铅薄膜，利于后续的二步反应（有机铵盐溶液扩散反应），生成大面积高质量均匀的钙钛矿；有效解决传统两步法制备工艺中无法反应完全和大面积均匀性等问题；（2）本发明涉及的制备方法较简单、操作方便，能耗较低，采用的两步法也是实现大面积高质量钙钛矿薄膜的重要制备工艺，适合推广应用。
附图说明
图1是本发明是实施例7-8基于两步法制备的钙钛矿太阳能电池器件结构的示意图。
图2为碘化铅薄膜的SEM图，其中，图a是对比例1步骤（3）所得碘化铅薄膜的SEM图。图b是对比例1步骤（4）所得钙钛矿薄膜的SEM图。图c是实施例2步骤（4）所得碘化铅薄膜的SEM图。图d是实施例2步骤（6）所得钙钛矿薄膜的SEM图。
图3是对比例1和实施例7所得钙钛矿太阳能电池的光电转化效率图。
图4是对比例2和实施例8所得钙钛矿太阳能电池的光电转化效率图。
具体实施方式
为了更好的理解本发明，下面结合具体实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。
实施例1。
一种有序多孔碘化铅制备高性能FAPbI3钙钛矿薄膜的方法，包括如下步骤。
（1）按1g:1.4mL的比例，将碘化铅粉末均匀溶解于体积比为9.5:0.5的N,N-二甲基甲酰胺/二甲基亚砜（其中，N,N-二甲基甲酰胺:二甲基亚砜体积比为9.5:0.5）混合溶剂中，得1.55mol/L碘化铅溶液，备用。
（2）将有机铵盐碘化甲脒、氯化甲铵按8:1的质量比溶解于异丙醇或正丁醇溶剂中，得浓度为0.45mol/L有机铵盐溶液，备用。
（3）将单个直径为500nmPS微球分散溶液沉积于基板表面，并加热干燥，得均匀的单层PS微球模板薄膜，备用。
（4）在步骤（3）所得模板表面沉积步骤（1）的碘化铅溶液，并加热退火，退火处理温度为50℃，时间为5min，得含有模板的碘化铅薄膜。
（5）在步骤（4）所得碘化铅薄膜用有机溶液甲苯洗去PS微球模板，得到刻蚀后的均匀有序的多孔碘化铅薄膜。
（6）在步骤（5）所得的碘化铅薄膜沉积步骤（2）的有机铵盐溶液，碘化铅溶液与有机铵盐溶液的体积比为1:1.0，得钙钛矿薄膜，再进行退火处理，得所述的高性能钙钛矿薄膜。
实施例2。
一种有序多孔碘化铅制备高性能FAPbI3钙钛矿薄膜的方法，包括如下步骤。
（1）按1g:2.2mL的比例，将碘化铅粉末均匀溶解于体积比为9.5:0.5的N,N-二甲基甲酰胺/二甲基亚砜混合溶剂中，得0.98mol/L碘化铅溶液，备用。
（2）将有机铵盐碘化甲脒、氯化甲铵按12:1的质量比溶解于异丙醇或正丁醇溶剂中，得浓度为0.66mol/L有机铵盐溶液，备用。
（3）将单个直径为1500nmPS微球分散溶液沉积于基板表面，并加热干燥，得均匀的单层PS微球模板薄膜，备用。
（4）在步骤（3）所得模板表面沉积步骤（1）的碘化铅溶液，并加热退火，退火处理温度为80℃，时间为1min，得含有模板的碘化铅薄膜。
（5）在步骤（4）所得碘化铅薄膜用有机溶液甲苯洗去PS微球模板，得到刻蚀后的均匀有序的多孔碘化铅薄膜。
（6）在步骤（5）所得的碘化铅薄膜沉积步骤（2）的有机铵盐溶液，碘化铅溶液与有机铵盐溶液的体积比为1:5.0，得钙钛矿薄膜，再进行退火处理，得所述的高性能钙钛矿薄膜。
实施例3。
一种有序多孔碘化铅制备高性能FAPbI3钙钛矿薄膜的方法，包括如下步骤。
（1）按1g:1.45mL的比例，将碘化铅粉末均匀溶解于体积比为9.5:0.5的N,N-二甲基甲酰胺/二甲基亚砜混合溶剂中，得1.50mol/L碘化铅溶液，备用。
（2）将有机铵盐碘化甲脒、氯化甲铵按10:1的质量比溶解于异丙醇或正丁醇溶剂中，得浓度为0.52mol/L有机铵盐溶液，备用。
（3）将单个直径为1000nmPS微球分散溶液沉积于基板表面，并加热干燥，得均匀的单层PS微球模板薄膜，备用。
（4）在步骤（3）所得模板表面沉积步骤（1）的碘化铅溶液，并加热退火，退火处理温度为70℃，时间为3min，得含有模板的碘化铅薄膜。
（5）在步骤（4）所得碘化铅薄膜用有机溶液甲苯洗去PS微球模板，得到刻蚀后的均匀有序的多孔碘化铅薄膜。
（6）在步骤（5）所得的碘化铅薄膜沉积步骤（2）的有机铵盐溶液，碘化铅溶液与有机铵盐溶液的体积比为1:3，得钙钛矿薄膜，再进行退火处理，得所述的高性能钙钛矿薄膜。
实施例4。
一种有序多孔碘化铅制备高性能MAPbI3钙钛矿薄膜的方法，包括如下步骤。
（1）按1g:1.4mL的比例，将碘化铅粉末均匀溶解于体积比为9.5:0.5的N,N-二甲基甲酰胺/二甲基亚砜（其中，N,N-二甲基甲酰胺:二甲基亚砜体积比为9.5:0.5）混合溶剂中，得1.55mol/L碘化铅溶液，备用。
（2）将有机铵盐甲基碘化铵、氯化甲铵按10:1的质量比溶解于异丙醇或正丁醇溶剂中，得浓度为0.32mol/L有机铵盐溶液，备用。
（3）将单个直径为500nmPS微球分散溶液沉积于基板表面，并加热干燥，得均匀的单层PS微球模板薄膜，备用。
（4）在步骤（3）所得模板表面沉积步骤（1）的碘化铅溶液，并加热退火，退火处理温度为50℃，时间为5min，得含有模板的碘化铅薄膜。
（5）在步骤（4）所得碘化铅薄膜用有机溶液甲苯洗去PS微球模板，得到刻蚀后的均匀有序的多孔碘化铅薄膜。
（6）在步骤（5）所得的碘化铅薄膜沉积步骤（2）的有机铵盐溶液，碘化铅溶液与有机铵盐溶液的体积比为1:1，得钙钛矿薄膜，再进行退火处理，得所述的高性能钙钛矿薄膜。
实施例5。
一种有序多孔碘化铅制备高性能MAPbI3钙钛矿薄膜的方法，包括如下步骤。
（1）按1g:2.2mL的比例，将碘化铅粉末均匀溶解于体积比为9.5:0.5的N,N-二甲基甲酰胺/二甲基亚砜（其中，N,N-二甲基甲酰胺:二甲基亚砜体积比为9.5:0.5）混合溶剂中，得0.98mol/L碘化铅溶液，备用。
（2）将有机铵盐甲基碘化铵、氯化甲铵按14:1的质量比溶解于异丙醇或正丁醇溶剂中，得浓度为0.44mol/L有机铵盐溶液，备用。
（3）将单个直径为1500 nmPS微球分散溶液沉积于基板表面，并加热干燥，得均匀的单层PS微球模板薄膜，备用。
（4）在步骤（3）所得模板表面沉积步骤（1）的碘化铅溶液，并加热退火，退火处理温度为80℃，时间为1min，得含有模板的碘化铅薄膜。
（5）在步骤（4）所得碘化铅薄膜用有机溶液甲苯洗去PS微球模板，得到刻蚀后的均匀有序的多孔碘化铅薄膜。
（6）在步骤（5）所得的碘化铅薄膜沉积步骤（2）的有机铵盐溶液，碘化铅溶液与有机铵盐溶液的体积比为1:5，得钙钛矿薄膜，再进行退火处理，得所述的高性能钙钛矿薄膜。
实施例6。
一种有序多孔碘化铅制备高性能MAPbI3钙钛矿薄膜的方法，包括如下步骤。
（1）按1g:1.67mL的比例，将碘化铅粉末均匀溶解于体积比为9.5:0.5的N,N-二甲基甲酰胺/二甲基亚砜（其中，N,N-二甲基甲酰胺:二甲基亚砜体积比为9.5:0.5）混合溶剂中，得1.3mol/L碘化铅溶液，备用。
（2）将有机铵盐甲基碘化铵、氯化甲铵按12:1的质量比溶解于异丙醇或正丁醇溶剂中，得浓度为0.38mol/L有机铵盐溶液，备用。
（3）将单个直径为1000 nmPS微球分散溶液沉积于基板表面，并加热干燥，得均匀的单层PS微球模板薄膜，备用。
（4）在步骤（3）所得模板表面沉积步骤（1）的碘化铅溶液，并加热退火，退火处理温度为70℃，时间为3min，得含有模板的碘化铅薄膜。
（5）在步骤（4）所得碘化铅薄膜用有机溶液甲苯洗去PS微球模板，得到刻蚀后的均匀有序的多孔碘化铅薄膜。
（6）在步骤（5）所得的碘化铅薄膜沉积步骤（2）的有机铵盐溶液，碘化铅溶液与有机铵盐溶液的体积比为1:3，得钙钛矿薄膜，再进行退火处理，得所述的高性能钙钛矿薄膜。
上述方案中，步骤（2）中所述的有机铵盐可选用碘化甲脒（FAI）、氯化甲铵（MACl）、甲基碘化铵（MAI）等中的一种或几种。优选的，所述有机铵盐为碘化甲脒、氯化甲铵、甲基碘化铵等中的两种以上。
实施例7。
一种制备FAPbI3型吸收层钙钛矿太阳能电池的制备方法，具体步骤如下。
（1）透明导电基板的准备：将2.5cm×2.5cm的刻蚀ITO导电玻璃基底依次在洗涤剂、丙酮、去离子水和异丙醇中超声处理15 min清洗。然后用N2吹干，放置在等离子体清洗器中用UV-臭氧处理ITO基底10 min。
（2）SnO2电子传输层的制备：在ITO导电玻璃基底表面将SnO2（2.67wt%的水溶液）以3000 rpm的转速旋涂30 s，在空气中150 ℃下热退火30 min。
（3）FAPbI3型钙钛矿吸光层的制备
配制碘化铅前驱体溶液：称取1.5mmolPbI2溶解在1mL DMF:DMSO=95:5的溶剂中，热台上60℃过夜，备用。
配置有机铵盐溶液：将90mg FAI、6.9mg MAI和9mg MACl溶于1mLIPA当中，然后置于摇床中充分溶解，备用。
制备PS微球单层模板：将步骤（2）所得SnO2电子传输层基底上滴适量PS微球分散溶液，以4000 rpm的转速旋涂30 s完成单层PS微球模板的制备。
制备含模板的碘化铅薄膜：将适量碘化铅前驱体溶液旋涂至PS微球单层模板上，以1500 rpm的转速旋涂30 s，经第一次退火处理后，得到含PS微球模板的碘化铅薄膜。
制备均匀有序的多孔碘化铅薄膜：将所得的含模板的碘化铅薄膜滴适量的甲苯有机溶液，以5000 rpm的转速旋涂30 s，得到刻蚀后的均匀有序的多孔碘化铅薄膜。
制备钙钛矿薄膜：在多孔碘化铅薄膜上旋涂有机铵盐溶液，以2000 rpm的转速旋涂30 s，经第二次退火处理后，得到FAPbI3型钙钛矿吸光层。
（4）Spiro-OMeTAD空穴传输层的制备：将72.3mg Spiro-OMeTAD粉末溶于1mL氯苯中，再加入28.85μL叔丁基吡啶，17.5μL浓度为520mg/mL的双三氟甲磺酰亚胺锂/乙腈溶液，混合后置于摇床中充分溶解；取适量所得Spiro-OMeTAD溶液滴在退火冷却后的钙钛矿薄膜表面，转速旋涂为4000 rpm，旋涂30s完成空穴传输层的制备。
（5）金属电极的蒸镀：将步骤（4）所得产品置于蒸镀仪中，在高真空下将Ag蒸镀在空穴传输层的表面，得到金属电极Ag，从而得到FAPbI3型吸收层钙钛矿太阳能电池。
实施例8。
一种制备MAPbI3型吸收层钙钛矿太阳能电池的制备方法，具体步骤如下。
配制碘化铅前驱体溶液：称取1.3mmolPbI2溶解在1mL DMF:DMSO=9:1的溶剂中，热台上60℃过夜，备用。
配置有机铵盐溶液：将60mg MAI和5mg MACl溶于1mLIPA当中，然后置于摇床中充分溶解备用。
制备PS微球单层模板：将步骤（2）所得SnO2电子传输层基底上滴适量PS微球分散溶液，以4000 rpm的转速旋涂30 s完成单层PS微球模板的制备。
制备含模板的碘化铅薄膜：将适量碘化铅前驱体溶液旋涂至PS微球单层模板上，以2300 rpm的转速旋涂30 s，经第一次退火处理后，得到含PS微球模板的碘化铅薄膜。
制备均匀有序的多孔碘化铅薄膜：将所得的含模板的碘化铅薄膜滴适量的甲苯有机溶液，以5000 rpm的转速旋涂30 s，得到刻蚀后的均匀有序的多孔碘化铅薄膜。
制备钙钛矿薄膜：在多孔碘化铅薄膜上旋涂有机铵盐溶液，以2000 rpm的转速旋涂30 s，经第二次退火处理后，得到MAPbI3型钙钛矿吸光层。
（4）Spiro-OMeTAD空穴传输层的制备：将72.3mg Spiro-OMeTAD粉末溶于1mL氯苯中，再加入28.85μL叔丁基吡啶，17.5μL浓度为520mg/mL的双三氟甲磺酰亚胺锂/乙腈溶液，混合后置于摇床中充分溶解；取适量所得Spiro-OMeTAD溶液滴在退火冷却后的钙钛矿薄膜表面，转速旋涂为4000 rpm，旋涂30s完成空穴传输层的制备。
（5）金属电极的蒸镀：将步骤（4）所得产品置于蒸镀仪中，在高真空下将Ag蒸镀在空穴传输层的表面，得到金属电极Ag，从而得到FAPbI3型吸收层钙钛矿太阳能电池。
对比例1。
对比例1中的制备方法与实施例7相同，唯一不同的是不采用PS微球模板的方法制备碘化铅薄膜。
对比例2。
对比例2中的制备方法与实施例8相同，唯一不同的是不采用PS微球模板的方法制备碘化铅薄膜。
将本实施例步骤（3）所得碘化铅薄膜(表面)进行扫描电镜分析，结果见图2，可以看出所得碘化铅薄膜是均匀有序的多孔形貌。
将本实施例所得钙钛矿太阳能电池进行光电转换效率测试，在太阳光模拟器，标准一个太阳光下（AM 1.5G,100mW/cm2），测试掩膜版面积1.01cm2，扫描速度20mV/s，通过正反扫测试的I-V结果为：以有序多孔碘化铅制备的器件转化效率可达19.17％(见图3)。
表1不同吸收层类型钙钛矿太阳能电池的各项器件性能参数。
从表1中可以看出，采用PS微球模板法制备均匀有序的多孔碘化铅薄膜，并将此法所制备的钙钛矿吸收层应用于大面积钙钛矿太阳能电池中，大面积钙钛矿太阳能电池的光电转换效率等性能得到明显的提升。
图1是基于两步法制备的钙钛矿太阳能电池器件结构的示意图。
图2a是在钙钛矿吸收层的制备过程中没有采用PS微球模板所制备的PbI2薄膜和钙钛矿薄膜，图2b是本发明所提供的技术方案所制备的PbI2薄膜和钙钛矿薄膜，图2b比图2a所显示的薄膜要平整很多，残余的碘化铅明显的减少，主要是因为均匀有序的多孔碘化铅层，有利于后续的二步反应扩散并生成高质量均匀的钙钛矿薄膜，形成的晶粒尺寸更大，薄膜缺陷更少，可减少载流子复合，以达到提高大面积钙钛矿太阳能电池的填充因子(FF)和光电转换效率的作用。
图3本公开实施例7和对比例1中钙钛矿太阳能电池的电流-电压特性曲线图。
图4本公开实施例8和对比例2中钙钛矿太阳能电池的电流-电压特性曲线图。
以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种有序多孔碘化铅制备高性能钙钛矿薄膜的方法，其特征是包括如下步骤：
（1）将碘化铅粉末均匀溶解于N,N-二甲基甲酰胺/二甲基亚砜混合溶剂中，得碘化铅溶液，备用；
（2）将有机铵盐溶解于有机溶剂中，得有机铵盐溶液，备用；
（3）将PS微球分散溶液沉积于基板表面，并加热干燥，得均匀的单层PS微球模板薄膜，备用；
（4）在步骤（3）所得模板表面沉积步骤（1）的碘化铅溶液，并加热退火，得含有模板的碘化铅薄膜；
（5）将步骤（4）所得碘化铅薄膜用有机溶液甲苯洗去PS微球模板，得到刻蚀后的均匀有序的多孔碘化铅薄膜；
（6）将步骤（5）所得的碘化铅薄膜沉积步骤（2）的有机铵盐溶液，得钙钛矿薄膜，再进行退火处理，得高性能钙钛矿薄膜；
步骤（1）所述的N,N-二甲基甲酰胺/二甲基亚砜混合溶剂中，N,N-二甲基甲酰胺与二甲基亚砜的体积比为9.5:0.1~1.0；
步骤（1）中所述的碘化铅粉末与N,N-二甲基甲酰胺/二甲基亚砜混合溶剂的用量比为1g:1.3~1.7mL；
步骤（2）中所述的有机铵盐可选用碘化甲脒、氯化甲铵、甲基碘化铵中的一种或几种；
步骤（2）中所述的有机胺盐中，若选择碘化甲脒、氯化甲铵，则碘化甲脒与氯化甲铵的质量比为8~12:1；若选择甲基碘化铵、氯化甲铵，则甲基碘化铵与氯化甲铵的质量比为10~14:1；
步骤（2）中所述的有机铵盐溶液的浓度为0.01~9.99mol/L；
步骤（2）中所述的有机溶剂为醇溶剂；
步骤（3）中所述的PS微球模板的单个直径大小为500~1500 nm；
步骤（4）所述的退火处理温度为50~80℃，时间为≤5min；
步骤（5）所述的碘化铅溶液与有机铵盐溶液的体积比为1:1.0~5.0；
步骤（6）所述退火处理温度为100~150℃，时间为≤60min。
2.根据权利要求1所述的一种有序多孔碘化铅制备高性能钙钛矿薄膜的方法，其特征是步骤（1）所述的N,N-二甲基甲酰胺/二甲基亚砜混合溶剂中，N,N-二甲基甲酰胺与二甲基亚砜的体积比为9.5:0.5。
3.根据权利要求1所述的一种有序多孔碘化铅制备高性能钙钛矿薄膜的方法，其特征是步骤（1）中所述的碘化铅粉末与N,N-二甲基甲酰胺/二甲基亚砜混合溶剂的用量比为1g:1.45mL或1g:1.67mL。
4.根据权利要求1所述的一种有序多孔碘化铅制备高性能钙钛矿薄膜的方法，其特征是步骤（2）中所述的有机铵盐为碘化甲脒、氯化甲铵、甲基碘化铵中的两种以上。
5.根据权利要求1所述的一种有序多孔碘化铅制备高性能钙钛矿薄膜的方法，其特征是步骤（2）中所述的有机胺盐中，若选择碘化甲脒、氯化甲铵，则碘化甲脒与氯化甲铵的质量比为10:1；若选择甲基碘化铵、氯化甲铵，则甲基碘化铵与氯化甲铵的质量比为12:1。
6.根据权利要求1所述的一种有序多孔碘化铅制备高性能钙钛矿薄膜的方法，其特征是步骤（2）中所述的有机铵盐溶液的浓度为0.38~0.66mol/L。
7.根据权利要求1所述的一种有序多孔碘化铅制备高性能钙钛矿薄膜的方法，其特征是步骤（2）中所述的有机溶剂为异丙醇、正丁醇。
8.根据权利要求1所述的一种有序多孔碘化铅制备高性能钙钛矿薄膜的方法，其特征是步骤（5）所述的碘化铅溶液与有机铵盐溶液的体积比为1:1.2~1.8。
9.根据权利要求1所述的一种有序多孔碘化铅制备高性能钙钛矿薄膜的方法，其特征是步骤（6）所述退火处理温度130~150℃，时间为13~15min。
10.权利要求1-9中任一权利要求所制备的高性能钙钛矿薄膜在钙钛矿太阳能电池中作为钙钛矿吸光层的应用。
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