一种晶界缝合强化的钙钛矿薄膜及制备方法与钙钛矿太阳能电池

本发明涉及太阳能电池，具体涉及一种晶界缝合强化的钙钛矿薄膜及制备方法与钙钛矿太阳能电池。

背景技术：

1、在现代社会的发展中，资源匮乏与环境危机一直都是制约着各国发展的瓶颈。因此世界各国都把目光投向了清洁的可再生能源。太阳能作为一种可再生能源，以其独有的优势而成为了人们的焦点。太阳能的应用和存储已经得到了广泛的关注，其中太阳能电池以其来源丰富，清洁高效等优越性而被广泛研究。钙钛矿太阳能电池作为最新一代的太阳能电池，其光电转换效率在短短的15年内便从3.8％跃升至26.2％。《science》期刊把它评为2013年的10大科学突破之一，是目前效率提升最快，最受关注的太阳能电池。钙钛矿太阳能电池具有原料丰富、成本低廉、光电转换效率高、可低温溶液制备等优点，是最有可能为整个太阳能电池产业带来革命性发展和技术性突破的新一代太阳能光伏电池材料。因此，当下世界各国的太阳能电池研究机构和产业界，都把钙钛矿电池作为最为重要的发展方向。

2、钙钛矿太阳能电池这种新型光电转换技术能否产业化的决定性因素主要有以下三个方面：效率、成本、稳定性。在这三个要素当中，钙钛矿太阳能电池的效率已经与现有的商业化生产的太阳能电池持平；成本方面由于其主要使用的材料廉价、关键元素地壳储量丰富，造价也比传统太阳能电池更便宜。目前急需解决的问题是如何实现钙钛矿太阳能电池的长寿命工作。因此，在现阶段，需要对钙钛矿太阳能电池的稳定性实现针对性突破，积极探寻改善其稳定性的解决方案，最终使钙钛矿太阳能电池能够满足商业化生产制备的要求。

3、目前，对于钙钛矿太阳能电池稳定性的提升主要来自以下几个方面：电池封装、钙钛矿薄膜吸光层组分调节、钙钛矿薄膜吸光层质量提升和选择性接触层优化。现有的研究表明，钙钛矿太阳能电池稳定性低的源头为钙钛矿薄膜吸光层稳定性差，因此其制约了钙钛矿太阳能电池的应用。深入研究表明，钙钛矿薄膜的分解退化始于钙钛矿薄膜的晶界处。目前，钙钛矿太阳能电池结晶处理工艺存在许多问题，其中一个关键问题就是如何实现钙钛矿薄膜晶界的靶向强化。首先，传统钙钛矿薄膜晶化和再晶化技术提高晶界质量，工艺处理覆盖整个钙钛矿薄膜，会破坏多晶薄膜晶体表面结构，导致性能下降。其次，再晶化技术在钙钛矿薄膜制备完成后，增加了一道工艺，极大的增大了生成成本和可控性。

4、为此，本发明旨在提供一种晶界缝合强化的钙钛矿薄膜及制备方法与钙钛矿太阳能电池，以解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决上述问题，提供了一种晶界缝合强化的钙钛矿薄膜及制备方法与钙钛矿太阳能电池。本发明的钙钛矿太阳能电池用钙钛矿薄膜晶界缝合工艺制得的晶界缝合强化的钙钛矿薄膜，可以适用于各种钙钛矿太阳能电池的制备，且本发明的晶界缝合强化的钙钛矿薄膜可以提高钙钛矿太阳能电池的稳定性，同时使钙钛矿太阳能电池具有优异的光电转化效率。

2、为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：

3、本发明提供了一种晶界缝合强化的钙钛矿薄膜的制备方法，所述方法包括以下步骤：

4、s1、使用水作为添加剂，加入用于作为反溶剂的有机溶剂中，得到水与有机溶剂混合的含水有机溶剂；

5、s2、将一定比例的长链有机碘盐或长链有机溴盐溶解于步骤s1中得到的含水有机溶剂中，得到长链有机碘盐或长链有机溴盐的含水有机溶液；

6、s3、将步骤s2得到的长链有机碘盐或长链有机溴盐的含水有机溶液作为反溶剂，进行沉积制备钙钛矿薄膜，得到晶界缝合强化的钙钛矿薄膜。

7、其中，有机盐溶液在溶液中有水存在时，会改变有机盐与钙钛矿中间体的反应动力学，长链有机盐更容易析出形成低维钙钛矿，附着在钙钛矿晶界处，提高钙钛矿太阳能电池的稳定性和效率。

8、其中，步骤s1中所述的水为h2o，有机溶剂为乙醇、异丙醇、正丁醇、甲苯或氯苯，所得的混合溶剂为h2o和乙醇、异丙醇、正丁醇、甲苯或氯苯的混合，混合溶剂的组合典型但非限制性组合的有：h2o和乙醇的组合、h2o和异丙醇的组合、h2o和甲苯的组合等。

9、所述的水与有机溶剂混合的含水有机溶剂的制备方法为：将h2o添加到有机溶剂中，并通过搅拌进行混合。

10、优选地，所述的含水有机溶剂为h2o与异丙醇混合。

11、优选地，所述的含水有机溶剂为h2o与氯苯混合。

12、进一步地，步骤s2中所述的长链有机盐溶剂包括对苯二甲胺碘、对苯二加胺溴、间苯二甲胺碘、间苯二甲胺溴、2-氟代甲苯胺碘和2-氟代甲苯胺溴任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性的组合有：对苯二甲胺碘和对苯二加胺溴组合、对苯二加胺溴和间苯二甲胺碘组合、间苯二甲胺碘和间苯二甲胺溴组合等。

13、其中，步骤s2中所述的长链有机碘盐或长链有机溴盐通过热搅拌溶解于步骤s1中所得的含水有机溶剂中。优选地，热搅拌溶解的温度范围为40～70℃，如为但不限于40℃、50℃、60℃、70℃等。

14、进一步地，步骤s3中所述的沉积的方法为旋涂。

15、其中，旋涂沉积薄膜的操作方法以面积为2×2cm的ito/glass基底为例，取200μl钙钛矿前驱液有机盐溶液滴至基底表面，并将基底放置在旋涂匀胶机上进行旋涂，旋涂的转数为2000r/min-6000r/min，旋涂的时间为40s，同时取200μl步骤s2中所得的含水有机溶液，在旋涂时间为20-30s时间内滴于基底上，然后将得到的钙钛矿薄膜置于烘干设备中烘干，烘干温度为120℃-150℃。

16、作为本发明优选的技术方案，步骤s3中所述旋涂的转速为2000r/min、3000r/min或6000r/min等，旋涂时间为30s、35s、40s或45s等，使用步骤s2中的有机溶液的量为200μl、300μl、400μl、500μl或600μl等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

17、本发明还提供了一种晶界缝合强化的钙钛矿薄膜，所述钙钛矿薄膜由上述制备方法制备得到。

18、本发明还提供了一种钙钛矿太阳能电池，将上述钙钛矿薄膜作为所述太阳能电池的光吸收层。

19、本发明方案解决的技术问题的难度及意义在于：

20、钙钛矿薄膜的分解退化始于钙钛矿薄膜的晶界处，并且，目前的钙钛矿太阳能电池结晶处理工艺存在诸多问题，其中一个关键问题就是如何实现钙钛矿薄膜晶界的靶向强化。统钙钛矿薄膜晶化和再晶化技术提高晶界质量，工艺处理覆盖整个钙钛矿薄膜，会破坏多晶薄膜晶体表面结构，导致性能下降。并且，再晶化技术在钙钛矿薄膜制备完成后，增加了一道工艺，极大的增大了生成成本和可控性。因此，针对现有技术中钙钛矿太阳能电池结晶处理工艺的问题，本发明提供的钙钛矿太阳能电池用钙钛矿薄膜晶界缝合工艺，制备晶界强化材料并将其作为太阳能电池的光吸收层，该晶界强化材料由长链有机材料形成的低维钙钛矿构成，稳定性极高，可以有效的提高钙钛矿太阳能电池的稳定性。本发明的制备工艺方法解决了钙钛矿电池的制备工艺问题，为其发展提供了技术突破。

21、与现有技术相比，本发明方案具备以下有益效果：

22、(1)本发明提供一种晶界强化钙钛矿薄膜的制备方法，通过采用一步溶液旋涂法制备，成本低廉，工艺简单，适合于大规模的生产制备；

23、(2)本发明的制备方法中，通过简单混合溶解即可得到所需的晶界强化溶液，可以适用于各种钙钛矿太阳能电池的制备；

24、(3)本发明提供一种晶界强化钙钛矿薄膜材料，其由长链有机材料形成的低维钙钛矿构成，稳定性极高，可以有效的提高钙钛矿太阳能电池的稳定性；

25、(4)本发明提供一种钙钛矿太阳能电池，将晶界强化钙钛矿薄膜材料作为其的光吸收层，使该太阳能电池具有优异的光点转化性能，且光电转化率可达24％以上。