一种颜色可调的钙钛矿薄膜、半透明太阳能电池及其制备方法与流程

本发明属于钙钛矿光电材料和器件，具体涉及一种颜色可调的钙钛矿薄膜、半透明太阳能电池及其制备方法。

背景技术：

1、彩色太阳能电池不仅能够为设备提供电力，还能美化和装饰场所，实现发电与美观的双重功能，其在光伏建筑一体化和可穿戴设备中具有良好的应用前景。传统的彩色太阳能电池通常依赖于彩色封装材料或表面镀膜技术来实现颜色的变化，但其受限于材料的颜色范围和光线透过性的问题。相比之下，钙钛矿材料由于其高效能转换和颜色可调的特性，成为了研究的热点之一。通过调节钙钛矿材料的成分和结构，彩色钙钛矿太阳能电池可以实现更广泛的颜色选择，并且保持较高的光电转换效率，满足市场对于彩色太阳能电池在提供电力和美学设计的需求。

2、然而，钙钛矿材料的精确合成、调控和制备至关重要。目前的制备方法主要包括溶液法和真空蒸镀法。溶液法相比于传统的真空蒸镀法具有成本低、生产规模化易等优势，但在颜色精确度和稳定性上还存在一定的挑战。而真空蒸镀法虽然能够获得高质量的钙钛矿薄膜，但其设备成本高昂和生产工艺复杂度限制了其大规模应用。因此，要实现彩色钙钛矿太阳能电池的商业化应用，目前的方案还存在成本高，工艺复杂等技术上的挑战。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在得不足，本发明的目的是提供一种颜色可调的钙钛矿薄膜、半透明太阳能电池及其制备方法。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种颜色可调的钙钛矿薄膜的制备方法，所述制备方法采用液-固两步成膜法，所述液-固两步成膜包括无机金属卤化物的溶液涂布层和化学气相沉积热蒸发有机铵盐，得到光学带隙渐变的颜色可调的钙钛矿薄膜。

4、进一步地，所述液-固两步成膜法具体包括如下步骤：

5、(1)将含有氯、溴、碘的一种或多种无机金属卤化物溶解于有机溶剂中，将其通过旋涂法、狭缝涂布法或刮涂法制备无机金属卤化物层薄膜；

6、(2)将一种或多种有机卤化铵盐或卤化铯固体粉末，均匀放置于步骤(1)制备得到的无机金属卤化物层薄膜周围；

7、(3)利用真空化学气相沉积法，在一定的真空度下加热蒸发有机卤化铵盐或卤化铯，使其与无机金属卤化物反应，得到颜色可调的钙钛矿薄膜。

8、进一步地，所述步骤(1)中无机金属卤化物为碘化铅、氯化铅、溴化铅、碘化锡、氯化锡、溴化锡中的任一种或多种。

9、进一步地，所述步骤(1)中有机溶剂为n,n-二甲基甲酰胺(dmf)、二甲基亚砜(dmso)、n-甲基吡咯烷酮(nmp)、1,4-丁内酯(γ-丁内酯)中的任一种或多种。

10、进一步地，所述步骤(2)中有机卤化铵盐为烷基胺盐或芳香基胺盐，具体为氯化甲基铵、溴化甲基铵、碘化甲基铵中的任一种或多种；所述卤化铯为碘化铯、溴化铯、氯化铯中任一种。

11、进一步地，一种半透明钙钛矿太阳能电池，所述钙钛矿太阳能电池包括依次设置的透明导电电极、空穴传输层、上述一种颜色可调的钙钛矿薄膜的制备方法制备得到的颜色可控的钙钛矿薄膜、电子传输层、电子改性层、超薄透明导电背电极和抗反射层。

12、进一步地，所述透明导电电极为采用氟掺杂氧化锡或铟掺杂氧化锡的透明导电膜玻璃中的一种；所述空穴传输层为氧化镍致密层，其厚度为20nm；所述电子传输层为富勒烯衍生物或者二氧化锡，其厚度为20nm；所述电子改性层为聚醚酰亚胺，其厚度为5nm；所述超薄透明导电背电极为银、金或铜中的任一种，其厚度为9nm；所述抗反射层为五氧化二钽。

13、进一步地，所述颜色可控的钙钛矿薄膜是基于稳定的mapbbr3，通过增加mapbbr3-xix中i的含量，可使钙钛矿薄膜颜色逐渐改变到棕红色或红色，而通过mapbbr3-xclx中cl的含量时，钙钛矿颜色从橘黄色改变至透明；钙钛矿薄膜的厚度通过金属卤化物的浓度进行控制，其厚度为100-500nm。

14、进一步地，一种权利要求6-8上述半透明钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：

15、步骤s1、将透明导电玻璃基底依次用玻璃清洗剂、去离子水、无水乙醇、丙酮、异丙醇分别超声清洗15min，烘干备用；

16、步骤s2、将步骤s1中清洗干净烘干后的透明导电玻璃基底用紫外-臭氧处理20min后，通过旋涂法将氧化镍的醇溶液旋涂在紫外-臭氧处理后的透明导电玻璃基底上，退火，得到空穴传输层；

17、步骤s3、首先将卤化铅有机溶液通过旋涂法沉积在步骤s2中所得的空穴传输层上，然后再通过热蒸发方法在150℃下将有机卤化铵盐或卤化铯沉积在卤化铅有机溶液周围，得到颜色可控的钙钛矿薄膜；

18、步骤s4、将富勒烯衍生物或者二氧化锡溶液通过旋涂法旋涂在步骤s3所得的颜色可控的钙钛矿薄膜上，在100℃退火，得电子传输层；

19、步骤s5、将聚醚酰亚胺溶液通过旋涂法旋涂在步骤s4所得的聚醚酰亚胺电子传输层上，退火，得电子改性层；

20、步骤s6、通过真空蒸镀法将银、金或铜中的任一种和五氧化二钽分别沉积在步骤s5所得的电子改性层上，得超薄透明导电背电极和抗反射层，即完成半透明钙钛矿太阳能电池得制备。

21、与现有技术相比，本发明具备的积极有益效果在于：

22、本发明的颜色可调钙钛矿薄膜及半透明太阳能电池制备工艺简单，在颜色可调钙钛矿薄膜制备过程中即可通过调节mapbbr3-xclx中氯cl和溴br的比例，实现钙钛矿从棕黄色-黄色-淡黄色-透明颜色的调节，通过调节mapbbr3-xix中碘i和溴br的比例，实现钙钛矿从橘黄色-棕红色-深红色-黑色的调节，从而实现了钙钛矿薄膜颜色丰富多样，并实现了该技术在大面积钙钛矿薄膜的制备；同时结合调控钙钛矿薄膜的厚度，对钙钛矿电池的透光性和颜色的深浅予以调整，制备了半透明钙钛矿太阳能电池。

1.一种颜色可调的钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法采用液-固两步成膜法，所述液-固两步成膜包括无机金属卤化物的溶液涂布层和化学气相沉积热蒸发有机铵盐，得到光学带隙渐变的颜色可调的钙钛矿薄膜。

2.根据权利要求1所述的一种颜色可调的钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，所述液-固两步成膜法具体包括如下步骤：

3.根据权利要求1所述的一种颜色可调的钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中无机金属卤化物为碘化铅、氯化铅、溴化铅、碘化锡、氯化锡、溴化锡中的任一种或多种。

4.根据权利要求1所述的一种颜色可调的钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中有机溶剂为n,n-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、n-甲基吡咯烷酮、1,4-丁内酯(γ-丁内酯)中的任一种或多种。

5.根据权利要求1所述的一种颜色可调的钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中有机卤化铵盐为烷基胺盐或芳香基胺盐，具体为氯化甲基铵、溴化甲基铵、碘化甲基铵中的任一种或多种；所述卤化铯为碘化铯、溴化铯、氯化铯中任一种。

6.一种半透明钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述钙钛矿太阳能电池包括依次设置的透明导电电极、空穴传输层、权利要求1-5任一项所述一种颜色可调的钙钛矿薄膜的制备方法制备得到的颜色可控的钙钛矿薄膜、电子传输层、电子改性层、超薄透明导电背电极和抗反射层。

7.根据权利要求6所述一种半透明钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述透明导电电极为采用氟掺杂氧化锡或铟掺杂氧化锡的透明导电膜玻璃中的一种；所述空穴传输层为氧化镍致密层；所述电子传输层为富勒烯衍生物或者二氧化锡；所述电子改性层为聚醚酰亚胺；所述超薄透明导电背电极为银、金或铜中的任一种；所述抗反射层为五氧化二钽。

8.根据权利要求6所述一种半透明钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述颜色可控的钙钛矿薄膜是基于稳定的mapbbr3，通过增加mapbbr3-xix中i的含量，可使钙钛矿薄膜颜色逐渐改变到棕红色或红色，而通过mapbbr3-xclx中cl的含量时，钙钛矿颜色从黄色改变至透明；钙钛矿薄膜的厚度通过金属卤化物的浓度进行控制。

9.一种权利要求6-8任一项所述半透明钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：