一种钙钛矿-聚合物复合薄膜及其制备方法与应用与流程

本发明属于太阳能电池，尤其涉及一种钙钛矿-聚合物复合薄膜及其制备方法与应用。

背景技术：

1、溶液法制备钙钛矿太阳能薄膜是一种十分有效的方法，然而，钙钛矿晶体生长过程受多种因素影响，制约着大面积钙钛矿薄膜的生产。

2、在空气中制备钙钛矿薄膜时，虽然通过调节基底的温度，比如加热基底，可以提高钙钛矿薄膜的质量，但是影响基底温度的因素比较多，同样存在大面积制备时可重复性差的问题。这是因为钙钛矿前驱液在所使用的溶剂，例如dmso与pbi2有很强的配位作用，从而形成中间相，中间相经过退火等溶剂去除处理后形成钙钛矿薄膜，中间相的质量将直接影响钙钛矿薄膜的质量。

3、在手套箱中可以通过调节前驱液中的溶剂比例可以获得纯的并且稳定的中间相，但是在钙钛矿膜的规模制备与产业放大时，空气中的水汽会进入薄膜，生成复杂的中间相，这类中间相一方面不稳定，另一方面会在退火时快速长大，大到难以转变为均匀致密的钙钛矿薄膜。

4、因此，在空气环境中制备钙钛矿薄膜，获得纯的并且稳定的中间相，从而获得致密的钙钛矿薄膜，这依然是钙钛矿产业化进程中必须解决的问题之一。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供了一种钙钛矿-聚合物复合薄膜及其制备方法与应用。

2、本发明的第一个目的是提供一种钙钛矿-聚合物复合薄膜的制备方法，包括以下步骤，

3、s1、将丙烯酰胺(am)、丙烯酸异辛酯(2-eha)和引发剂溶于有机溶剂，得到添加剂溶液；

4、s2、向abx3型钙钛矿前驱体溶液中加入s1所述的添加剂溶液，得到混合液；

5、s3、将s2所述的混合液涂覆在基底上，经退火得到所述的钙钛矿-聚合物复合薄膜。

6、在本发明的一个实施例中，在s1中，所述丙烯酰胺和丙烯酸异辛酯的质量比为3-6：10；所述添加剂溶液中丙烯酸异辛酯的浓度为0.50mg/ml-1.00mg/ml。

7、在本发明的一个实施例中，在s1中，所述引发剂的用量为丙烯酰胺的0.50％-1.20％。

8、在本发明的一个实施例中，在s1中，所述引发剂选自偶氮二异丁腈(aibn)。

9、在本发明的一个实施例中，在s1中，所述有机溶剂选自乙醇、乙酸乙酯、n,n-二甲基甲酰胺(dmf)和n-甲基吡咯烷酮(nmp)中的一种或多种。

10、在本发明的一个实施例中，在s2中，所述abx3型钙钛矿中a选自甲脒离子；b选自铅离子；x选自碘离子、溴离子和氯离子中的一种或者多种。

11、在本发明的一个实施例中，在s2中，所述abx3型钙钛矿前驱体溶液中abx3型钙钛矿的浓度为0.40mol/l-1.80mol/l。

12、在本发明的一个实施例中，在s2中，所述混合液中添加剂溶液的体积分数为5.0％-10.0％。

13、在本发明的一个实施例中，在s2中，所述abx3型钙钛矿前驱体溶液的溶剂选自2-巯基乙醇(2-me)、γ-丁内酯(γ-gbl)、n,n-二甲基甲酰胺(dmf)、二甲基亚砜(dmso)和n-甲基吡咯烷酮(nmp)中的一种或多种。

14、在本发明的一个实施例中，在s3中，所述退火的温度为70℃-100℃；时间为10min-20min。

15、本发明的第二个目的是提供一种所述的方法制备的钙钛矿-聚合物复合薄膜。

16、本发明的第三个目的是提供一种钙钛矿太阳能电池，包括所述的钙钛矿-聚合物复合薄膜。

17、在本发明的一个实施例中，所述钛矿太阳能电池包括依次设置的导电基底、电子传输层、钙钛矿-聚合物复合薄膜、空穴传输层和顶电极。

18、本发明的技术方案相比现有技术具有以下优点：

19、(1)本发明所述的制备方法通过钙钛矿前驱液中添加剂溶液，进而形成原位交联的添加剂，即多官能团聚合物2-eha-am。2-eha-am是由丙烯酰胺(am)与丙烯酸异辛酯(2-eha)原位聚合形成的聚合物，钙钛矿晶粒生长过程中，两种单体在晶粒表面发生原位聚合反应。一方面，该聚合物具有丰富的官能团，通过与pb2+的配位作用，实现pbi2在钙钛矿前驱体溶液中的预聚集，抑制不稳定中间相δ-fapbi3的产生，提升钙钛矿结晶质量；另一方面聚合物中的羰基易于和前驱液中的氨基之间形成氢键相互作用(c＝o…hn)，当氢键形成时，有机阳离子的易失性大大降低，使得结晶取向更趋向于[110]，退火过程中钙钛矿晶粒更倾向于大晶粒的生长。同时，由于在晶界处形成了网格交联物，连接晶粒并填充晶界，有利于电荷转移和钝化pb-i反位缺陷和碘空位缺陷。

20、(2)本发明所述的制备方法通过少量引发剂的添加，使得聚合反应能在较低的温度下就发生，聚合物单体在前驱液中形成网络交联物，一方面聚合物丰富的官能团配位作用；另一方面聚合物长链交联作用，使得钙钛矿晶粒在聚合物骨架中均匀成核，经过退火过程晶粒进一步长大。

技术特征：

1.一种钙钛矿-聚合物复合薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤，

2.根据权利要求1所述的钙钛矿-聚合物复合薄膜的制备方法，其特征在于，在s1中，所述丙烯酰胺和丙烯酸异辛酯的质量比为3-6：10；所述添加剂溶液中丙烯酸异辛酯的浓度为0.50mg/ml-1.00mg/ml。

3.根据权利要求1所述的钙钛矿-聚合物复合薄膜的制备方法，其特征在于，在s1中，所述引发剂的用量为丙烯酰胺的0.50％-1.20％。

4.根据权利要求1所述的钙钛矿-聚合物复合薄膜的制备方法，其特征在于，在s1中，所述引发剂选自偶氮二异丁腈。

5.根据权利要求1所述的钙钛矿-聚合物复合薄膜的制备方法，其特征在于，在s2中，所述abx3型钙钛矿中a选自甲脒离子；b选自铅离子；x选自碘离子、溴离子和氯离子中的一种或者多种。

6.根据权利要求1所述的钙钛矿-聚合物复合薄膜的制备方法，其特征在于，在s2中，所述abx3型钙钛矿前驱体溶液中abx3型钙钛矿的浓度为0.40mol/l-1.80mol/l。

7.根据权利要求1所述的钙钛矿-聚合物复合薄膜的制备方法，其特征在于，在s2中，所述混合液中添加剂溶液的体积分数为5.0％-10.0％。

8.根据权利要求1所述的钙钛矿-聚合物复合薄膜的制备方法，其特征在于，在s3中，所述退火的温度为70℃-100℃；时间为10min-20min。

9.权利要求1-8任一项所述的方法制备的钙钛矿-聚合物复合薄膜。

10.一种钙钛矿太阳能电池，其特征在于，包括权利要求9所述的钙钛矿-聚合物复合薄膜。

技术总结
本发明涉及一种钙钛矿‑聚合物复合薄膜及其制备方法与应用，属于太阳能电池技术领域。本发明的制备方法包括以下步骤，S1、将丙烯酰胺、丙烯酸异辛酯和引发剂溶于有机溶剂，得到添加剂溶液；S2、向ABX<subgt;3</subgt;型钙钛矿前驱体溶液中加入添加剂溶液，得到混合液；S3、将混合液涂覆在基底上，经退火得到所述的钙钛矿‑聚合物复合薄膜。本发明的制备方法通过少量引发剂的添加，使得聚合反应能在较低的温度下就发生，聚合物单体在前驱液中形成网络交联物，一方面聚合物丰富的官能团配位作用；另一方面聚合物长链交联作用，使得钙钛矿晶粒在聚合物骨架中均匀成核，经过退火过程晶粒进一步长大。

技术研发人员：请求不公布姓名
受保护的技术使用者：华碧新能源科技（苏州）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15