一种钙钛矿薄膜及其制备方法与应用

本发明涉及太阳能电池，具体涉及一种钙钛矿薄膜及其制备方法与应用。

背景技术：

1、近年来，有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池（perovskite solar cells，pscs）凭借其高光吸收系数、长载流子扩散长度、带隙可调以及可低温溶液加工等突出优势，在光伏领域取得了突破性进展。

2、钙钛矿太阳能电池的光电性能高度依赖于光活性层的晶体质量与缺陷密度。目前广泛采用的溶液旋涂、刮涂等低温制备工艺，虽具有操作简单、成本低廉等优势，但在快速结晶过程中易出现成核无序、生长失控、晶粒取向混乱等问题，导致薄膜内部产生大量晶界、空位、间隙原子及未配位离子等结构缺陷。在铅基钙钛矿体系中，最常见的缺陷类型包括未配位pb2+、碘空位、有机阳离子空位以及晶界处的悬挂键。这些缺陷会在带隙中引入深能级陷阱态，显著增强载流子的非辐射复合，造成开路电压损失、填充因子下降及短路电流降低，直接制约器件效率的进一步提升。同时，缺陷位点还会加剧离子迁移、相分离与结构不稳定性，使电池在光照、电场及湿热环境下快速衰减。

3、针对上述挑战，研究者们发展了一系列优化策略，其中，公布号为cn119562746a的中国发明专利公开了以2-溴-3-噻吩羧酸作为小分子添加剂提高钙钛矿薄膜的性能，但是2-溴-3-噻吩羧酸/高钙钛矿薄膜的光电转换效率不超过18%，与钛矿太阳能电池的最高功率转换效率——25 .7%相差较远。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是：如何使钙钛矿太阳能电池兼具高功率转换效率和低缺陷。

2、为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种钙钛矿薄膜的制备方法，将4-溴-2-噻吩羧酸加入钙钛矿前驱体溶液中，制备得到钙钛矿薄膜。

3、本发明采用的另一技术方案为：采用上述钙钛矿薄膜的制备方法制备得到的钙钛矿薄膜，所述钙钛矿薄膜的组成为cs0.05fa0.93ma0.02pb(i0.98br0.02)3。

4、本发明采用的又一技术方案为上述钙钛矿薄膜在钙钛矿太阳能电池中的应用，其特征在于，所述钙钛矿太阳能电池包括依次层叠设置透明导电基底、空穴传输层、钙钛矿薄膜、电子传输层、缓冲层和金属电极。

5、本发明的有益效果在于：本发明以4-溴-2-噻吩羧酸作为小分子添加剂制备钙钛矿光活性层，即钙钛矿薄膜；其分子结构中含有羧基（-cooh）、溴原子（-br）及噻吩杂环三个功能性官能团，能够同时实现结晶调控、阴阳离子双重缺陷钝化和能级优化，从而显著提升钙钛矿太阳能电池的光电转换效率和长期稳定性。

1.一种钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，将4-溴-2-噻吩羧酸加入钙钛矿前驱体溶液中，制备得到钙钛矿薄膜。

2.根据权利要求1所述的钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，在所述钙钛矿前驱体溶液中加入4-溴-2-噻吩羧酸并溶解，然后旋涂、退火，得到薄膜；随后将peacl溶液旋涂于薄膜上，再次退火后得到钙钛矿薄膜。

3.根据权利要求1所述的钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，所述钙钛矿前驱体溶液的制备方法为：将pbi2、pbbr2、fai、csi、mabr和macl溶解于混合溶剂中，得到钙钛矿前驱体溶液。

4.根据权利要求3所述的钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，所述混合溶剂包括体积比为3~5：1的dmf和dmso。

5. 根据权利要求2所述的钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，所述旋涂的具体步骤为：先以800~1200 rpm旋涂8~12s，然后加速至3800~4200 rpm旋涂38~42s，在旋涂结束前3~8s，滴加反溶剂。

6. 根据权利要求1所述的钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，所述4-溴-2-噻吩羧酸在钙钛矿前驱体溶液中的添加量为0.05~0.5 mg/ml。

7.采用权利要求1-6任一所述的钙钛矿薄膜的制备方法制备得到的钙钛矿薄膜，其特征在于，所述钙钛矿薄膜的组成为cs0.05fa0.93ma0.02pb(i0.98br0.02)3。

8.如权利要求7所述的钙钛矿薄膜在钙钛矿太阳能电池中的应用，其特征在于，所述钙钛矿太阳能电池包括依次层叠设置透明导电基底、空穴传输层、钙钛矿薄膜、电子传输层、缓冲层和金属电极。

9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述空穴传输层的制备方法为：将me-4pacz溶液旋涂在透明导电基底上，然后依次进行退火和清洗，得到空穴传输层。

10.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述电子传输层的制备方法为：将pc61bm溶液旋涂于钙钛矿薄膜上，得到电子传输层。