一种钙钛矿薄膜的制备方法及钙钛矿电池与流程

本申请属于电池，更具体地说，是涉及一种钙钛矿薄膜的制备方法，以及使用该钙钛矿薄膜的制备方法制备得到的钙钛矿电池。

背景技术：

1、在钙钛矿电池领域中，湿法制备钙钛矿薄膜的工艺主要有一步法和两步法。一步法是将钙钛矿前驱体材料共混在溶剂中配置成钙钛矿前驱体溶液，并将该钙钛矿前驱体溶液涂覆在基片上；随后采用反溶剂萃取或者抽真空等工艺快速除去溶剂以达到湿膜的快速过饱和，从而预结晶；最后对预结晶薄膜进行退火得到钙钛矿薄膜。一步法由于晶质缺陷较多，钙钛矿电池的光电转换效率相对较低。两步法是先配置钙钛矿无机盐溶液，并将其涂覆在基片上退火形成无机衬底层；随后将有机卤素盐溶液渗入无机衬底层中并退火形成钙钛矿薄膜。两步法制备的钙钛矿薄膜具有较高的结晶度和致密性，由此制备得到的钙钛矿电池的光电转换效率通常更高。

2、在目前的两步法中：无机衬底层通常是将钙钛矿无机盐溶液采用狭缝涂布或刮涂法涂覆在基片上，并进行退火形成。然而，以上制备得到的无机衬底层存在均匀性差、孔洞多等缺陷，导致有机卤素盐溶液与无机衬底层配合形成的钙钛矿薄膜存在严重缺陷，影响钙钛矿电池的光电转化效率和长期稳定性。

技术实现思路

1、本申请实施例的目的在于提供一种钙钛矿薄膜的制备方法及钙钛矿电池，以解决相关技术中存在的：无机衬底层存在均匀性差、孔洞多等缺陷，导致有机卤素盐溶液与该无机衬底层配合形成的钙钛矿薄膜存在严重缺陷，影响钙钛矿电池的光电转化效率和长期稳定性的问题。

2、为实现上述目的，本申请实施例采用的技术方案是：

3、一方面，提供一种钙钛矿薄膜的制备方法，包括以下步骤：

4、将含有增稠剂的钙钛矿无机盐溶液涂覆于电池基片上形成第一无机衬底层，所述电池基片与所述第一无机衬底层组合形成湿膜基片；

5、将所述湿膜基片冷却静置，通过真空闪蒸的方式除去所述第一无机衬底层中的有机溶剂以形成预干膜层，所述预干膜层由钙钛矿无机盐材料和所述增稠剂组成；

6、对所述预干膜层进行第一次退火处理，以除去所述增稠剂中的阳离子；

7、对所述预干膜层进行第二次退火处理，以除去所述增稠剂中的阴离子并得到第二无机衬底层；

8、将有机卤素盐溶液涂覆于所述第二无机衬底层上，经干燥、退火处理后得到钙钛矿薄膜。

9、在一个实施例中，所述钙钛矿无机盐溶液由所述钙钛矿无机盐材料和溶剂混合形成；所述钙钛矿无机盐材料为ax和bx2，a为一价金属阳离子，包括铯、铷中的一种或几种；b为二价金属阳离子，包括铅、锡中的一种或几种；x为一价阴离子，包括碘、溴、氯中的一种或几种；所述溶剂包括二甲基亚砜、n,n-二甲基甲酰胺、n-甲基吡咯烷酮中的一种或几种。

10、在一个实施例中，所述增稠剂包括醋酸甲胺、甲胺甲酸甲酯、丙酸甲胺等离子型表面活性剂中的一种。

11、在一个实施例中，所述钙钛矿无机盐溶液的涂覆方式包括狭缝涂布、刮涂、丝网印刷、喷涂等沉积工艺中的一种。

12、在一个实施例中，在将所述湿膜基片冷却静置，通过真空闪蒸的方式除去所述第一无机衬底层中的有机溶剂以形成预干膜层，所述预干膜层由钙钛矿无机盐材料和所述增稠剂组成步骤中：冷却速率范围为1-30℃/min，冷却静置温度范围为-5-20℃，静置时长范围为0-400min。

13、在一个实施例中，在对所述预干膜层进行第一次退火处理，以除去所述增稠剂中的阳离子步骤中：退火温度范围为40-90℃，退火时长范围为1-800min。

14、在一个实施例中，在对所述预干膜层进行第二次退火处理，以除去所述增稠剂中的阴离子并得到第二无机衬底层步骤中：退火温度范围为120-200℃，退火时长范围为1-500min。

15、在一个实施例中，所述有机卤素盐溶液由溶质和溶剂混合形成；所述有机卤素盐溶液的溶剂包括异丙醇、乙醇、正丁醇等中的一种；所述有机卤素盐溶液的溶质为cx，c为一价有机阳离子，包括甲胺基、甲脒基、苯乙胺卤化盐中的一种或几种；x为一价阴离子，包括碘、溴、氯中的一种或几种。

16、在一个实施例中，在将有机卤素盐溶液涂覆于所述第二无机衬底层上，经干燥、退火处理后得到钙钛矿薄膜步骤中：将所述有机卤素盐溶液涂覆于所述第二无机衬底层上后，静置等待1-5000s，再进行干燥、退火处理。

17、另一方面，提供一种钙钛矿电池，包括：

18、电池基板；

19、设于所述电池基板上的第一电极层；

20、设于所述第一电极层上的第一载流子传输层；

21、设于所述第一载流子传输层上的载流子传输钝化层；

22、设于所述载流子传输钝化层上的钙钛矿薄膜；

23、设于所述钙钛矿薄膜上的第二载流子传输层；

24、设于所述第二载流子传输层上的第二电极层；

25、其中，所述钙钛矿薄膜采用如上任一实施例提供的钙钛矿薄膜的制备方法制备得到。

26、本申请实施例提供的钙钛矿薄膜的制备方法及钙钛矿电池至少具有以下有益效果：本申请通过在钙钛矿无机盐溶液中添加增稠剂，从而可有效改善钙钛矿无机盐溶液的流体特性，得到高粘度的第一无机衬底层，第一无机衬底层的流动性随着温度的降低而降低，从而使得第一无机衬底层可在电池基片上稳定沉积附着。通过将湿膜基片冷却静置，采用真空闪蒸工艺，可对湿膜进行均匀的初步固化，降低湿膜的流动性。湿膜通过两次退火处理，并与有机卤素盐溶液配合后制备得到的钙钛矿薄膜质量好，有助于提高钙钛矿电池的光电转化效率和长期稳定性。

1.一种钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于：所述钙钛矿无机盐溶液由所述钙钛矿无机盐材料和溶剂混合形成；所述钙钛矿无机盐材料为ax和bx2，a为一价金属阳离子，包括铯、铷中的一种或几种；b为二价金属阳离子，包括铅、锡中的一种或几种；x为一价阴离子，包括碘、溴、氯中的一种或几种；所述溶剂包括二甲基亚砜、n,n-二甲基甲酰胺、n-甲基吡咯烷酮中的一种或几种。

3.如权利要求1所述的钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于：所述增稠剂包括醋酸甲胺、甲胺甲酸甲酯、丙酸甲胺等离子型表面活性剂中的一种。

4.如权利要求1所述的钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于：所述钙钛矿无机盐溶液的涂覆方式包括狭缝涂布、刮涂、丝网印刷、喷涂等沉积工艺中的一种。

5.如权利要求1-4任一项所述的钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于：在将所述湿膜基片冷却静置，通过真空闪蒸的方式除去所述第一无机衬底层中的有机溶剂以形成预干膜层，所述预干膜层由钙钛矿无机盐材料和所述增稠剂组成步骤中：冷却速率范围为1-30℃/min，冷却静置温度范围为-5-20℃，静置时长范围为0-400min。

6.如权利要求1-4任一项所述的钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于：在对所述预干膜层进行第一次退火处理，以除去所述增稠剂中的阳离子步骤中：退火温度范围为40-90℃，退火时长范围为1-800min。

7.如权利要求1-4任一项所述的钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于：在对所述预干膜层进行第二次退火处理，以除去所述增稠剂中的阴离子并得到第二无机衬底层步骤中：退火温度范围为120-200℃，退火时长范围为1-500min。

8.如权利要求1-4任一项所述的钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于：所述有机卤素盐溶液由溶质和溶剂混合形成；所述有机卤素盐溶液的溶剂包括异丙醇、乙醇、正丁醇等中的一种；所述有机卤素盐溶液的溶质为cx，c为一价有机阳离子，包括甲胺基、甲脒基、苯乙胺卤化盐中的一种或几种；x为一价阴离子，包括碘、溴、氯中的一种或几种。

9.如权利要求1-4任一项所述的钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于：在将有机卤素盐溶液涂覆于所述第二无机衬底层上，经干燥、退火处理后得到钙钛矿薄膜步骤中：将所述有机卤素盐溶液涂覆于所述第二无机衬底层上后，静置等待1-5000s，再进行干燥、退火处理。

10.一种钙钛矿电池，其特征在于，包括：