一种利用溶液抽气法制备钙钛矿太阳能电池中钙钛矿薄膜的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于太阳能电池制备技术领域，具体涉及一种利用溶液抽气法制备钙钛矿太阳能电池中钙钛矿薄膜的方法。
【背景技术】
[0002]在光伏领域，具有钙钛矿结构的有机-金属卤化物作为一种光吸收材料，以其独特的性质引起光伏界的极大关注，钙钛矿太阳能电池的转换效率近几年突飞猛进，已超过20%。钙钛矿薄膜作为钙钛矿太阳能电池中光电转换基本材料，是钙钛矿太阳能电池的关键与核心，其制备工艺主要采用溶液法，其中包含一步法和两步法。一步法虽操作相对简单，但制备的钙钛矿薄膜存在一些问题:薄膜的均匀性和结晶性不能得到有效控制，钙钛矿薄膜晶粒粗大、呈树枝状，对基体的覆盖率低，致使电子在传输过程中极其容易与空穴发生复合，导致钙钛矿太阳能电池性能差、且稳定性不够好。得到均匀、致密、结合强度好、覆盖率高的钙钛矿薄膜是制备高性能钙钛矿太阳能电池的关键。液相结晶的条件是溶液具有过饱和度。已有的技术方案主要是通过溶液中溶剂的自然干燥或直接加热干燥，难以实现对钙钛矿薄膜结晶特性的良好控制，因此一步法无法获得均匀致密的钙钛矿薄膜。有报道通过气吹加快蒸发，可在一定程度上提高溶液干燥速度，但气吹容易造成溶液面不稳定，从而引起钙钛矿薄膜表面起伏不均匀，可能造成基体裸露，影响钙钛矿太阳能电池均匀性和光电性能，难以产业化应用。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种利用溶液抽气法制备钙钛矿太阳能电池中钙钛矿薄膜的方法，该方法能够克服现有技术的缺点，获得结构均匀致密的钙钛矿薄膜。
[0004]为达到上述目的，本发明采用的技术方案为:
[0005]—种利用溶液抽气法制备钙钛矿太阳能电池中钙钛矿薄膜的方法，其具体步骤为:将钙钛矿溶液涂敷在基体表面，形成钙钛矿液膜，然后将其置于低溶剂分压的环境中进行抽气干燥，抽气干燥时钙钛矿液膜的温度介于溶剂的冰点温度与沸点温度之间，控制干燥过程条件使钙钛矿液膜中的溶质在基体表面异相形核并生长，得到均匀、致密的钙钛矿薄膜;其中低溶剂分压的环境是指该环境中的溶剂分压低于溶剂在当前干燥温度下的饱和蒸汽压，所述的溶剂为钙钛矿溶液中的溶剂。
[0006]所述的钙钛矿溶液中的溶剂为DMF、DMS0或γ_丁内脂中的一种或两种任意比例的混合溶剂。
[0007]所述的钙钛矿溶液中的溶质为摩尔比为1:1的PbX2和CH3NH3Y，其中X为1、Br或Cl，Y为1、Br或Cl，X与Y相同或不同。
[0008]所述的钙钛矿溶液中PbX2和CH3NH3Y形成CH3NH3PbX2Y, CH3NH3PbX2Y的质量百分浓度为10?50%。
[0009]采用刮涂、喷雾或涂布的方式将钙钛矿溶液涂敷在基体表面，得到的钙钛矿液膜的厚度<4000nmo
[0010]抽气干燥时控制钙钛矿溶液的温度为-20?40°C。
[0011]控制干燥过程条件使钙钛矿液膜中的溶质在基体表面异相形核并生长，是指通过对基体粗糙形貌、热量补偿、抽气速度和干燥速度的控制，抑制钙钛矿液膜中均相形核，使溶质在基体表面优先异相形核，并继续结晶，生长成致密均匀的钙钛矿薄膜。
[0012]所述的异相形核，是在采用表面平坦的基体时，在基体表面均匀的异相形核；
[0013]所述的异相形核，是在采用粗糙的基体时，在晶核尺寸小于基体粗糙表面凹坑尺寸的条件下，在凹坑部位优先异相形核;或着在晶核尺寸大于基体粗糙表面凹坑尺寸的条件下，在粗糙表面均匀的异相形核。
[0014]所述的热量补偿是通过基体预热或加热、钙钛矿液膜预热或加热、或者非接触式辐射加热的方式对钙钛矿液膜或基体进行即时热量补偿。
[0015]在抽气干燥完成后，将得到的薄膜在50?300°C下进行2min?1h的热处理，即得到钙钛矿薄膜。
[0016]相对于现有技术，本发明的有益效果为:
[0017]本发明提供的利用溶液抽气法制备钙钛矿太阳能电池中钙钛矿薄膜的方法，将涂敷在基体表面的钙钛矿液膜，置于溶剂分压低于溶剂当前温度下饱和蒸汽压的环境中进行抽气干燥，控制干燥过程条件使基体表面异相形核并生长，从而形成均匀、致密的钙钛矿薄膜。本发明通过降低压力至当前温度溶剂饱和蒸汽压以下，加速溶剂蒸发，使溶液快速具有高过饱和度，从而使大量溶质能够在基体上异相形核并生长，得到一层致密的钙钛矿薄膜。本发明能够克服现有技术存在的不足，可以获得结构均匀致密的钙钛矿薄膜，从而避免钙钛矿薄膜漏洞造成的电流漏流，有利于实现高效太阳能电池的制造，具有操作简单易于实现、成本低廉、重复准确性高、便于工业化及连续生产等优点。
[0018]进一步的，本发明中，在抽气干燥过程中，为了进一步加速溶剂挥发并且对生成的钙钛矿晶粒热处理，可以适当提高当前温度，最终得到理想的钙钛矿薄膜。同时，在干燥过程中，可以通过基体预热或加热、溶液预热或加热、非接触式辐射加热的方式对溶液膜或基体进行即时热量补偿，以抑制因溶液降温降低饱和蒸汽压从而影响干燥速度。而且经抽气干燥得到的钙钛矿薄膜，可以对其进行热处理，以进一步调控优化其晶粒结构、形貌和尺寸。
【附图说明】
[0019]图1-1为对比例I制得的CH3NH3Pb 13薄膜的SEM图，其中(a)的放大倍数为5千倍，(b)的放大倍数为I万倍，(c)的放大倍数为2万倍。
[0020]图1-2为对比例2制得的CH3NH3PbI3薄膜的SEM图，其中(a)的放大倍数为5千倍，(b)的放大倍数为I万倍，(c)的放大倍数为2万倍。
[0021]图1-3为对比例3制得的CH3NH3PbI3薄膜的SEM图，其中(a)的放大倍数为5千倍，(b)的放大倍数为I万倍，(c)的放大倍数为2万倍。
[0022]图2-1为实施例1制得的CH3NH3PbI3薄膜的SEM图，其中(a)的放大倍数为5千倍，(b)的放大倍数为I万倍，(c)的放大倍数为2万倍。
[0023]图2-2为实施例2制得的CH3NH3PbI3薄膜的SEM图，其中(a)的放大倍数为5千倍，(b)的放大倍数为I万倍，(c)的放大倍数为2万倍。
[0024]图2-3为实施例3制得的CH3NH3PbI3薄膜的SEM图，其中(a)的放大倍数为5千倍，(b)的放大倍数为I万倍，(c)的放大倍数为2万倍。
【具体实施方式】
[0025]钙钛矿薄膜是钙钛矿太阳能电池内光电转换的关键结构层，因此，高质量钙钛矿薄膜的制备是发展高效太阳能电池的关键之一。本发明为了避免现有技术存在的不足，发明一种新的制备钙钛矿薄膜的方法，将涂敷在基体表面的钙钛矿液膜，置于溶剂分压低于溶剂当前温度下饱和蒸汽压的环境中进行抽气干燥，控制干燥过程条件使基体表面异相形核并生长，从而形成均匀、致密的钙钛矿薄膜。由于本发明可获得结构均匀致密的钙钛矿薄膜，从而能够避免钙钛矿薄膜漏洞造成的电流漏流，有利于实现高效太阳能电池的制造，具有操作简单易于实现、成本低廉、重复准确性高、便于工业化及连续生产等优点。
[0026]本发明主要是通过降低压力至当前温度溶剂饱和蒸汽压以下，加速溶剂蒸发，使溶液快速具有高过饱和度，从而使大量溶质能够在基体上异相形核并生长，得到一层致密的钙钛矿薄膜。为了进一步加速溶剂挥发并且对生成的钙钛矿晶粒热处理，可以适当提高当前温度，最终得到理想的钙钛矿薄膜。
[0027]所述的置于溶剂分压低于溶剂当前温度下饱和蒸汽压的环境中进行抽气干燥，是通过将该环境连接抽气栗或其它压力更低的容器的方式进行抽气干燥。
[0028]所述的控制干燥过程条件使基体表面基于异相形核为结晶并生长，是指通过对基体粗糙形貌、抽气速度、溶液干燥速度和基体溶液薄膜热补偿的控制，使溶液过饱和程度