钙钛矿前驱体溶液、钙钛矿复合材料及其制备方法、钙钛矿电池与应用与流程

本发明涉及电池，特别是涉及一种钙钛矿前驱体溶液、钙钛矿复合材料及其制备方法、钙钛矿电池与应用。

背景技术：

1、钙钛矿太阳能电池的光电转换效率提升迅猛，制备上可采用溶液法、印刷及卷对卷工艺，低温低成本，原料丰富且能耗显著降低，同时应用前景广阔，可适配建筑光伏一体化、可穿戴设备、车辆集成及叠层电池，商业化潜力广阔。

2、在传统典型的溶液制备工艺里，钙钛矿层的制备形成通常历经： “涂布-中间相-退火结晶” 这一动态过程。其中，中间相作为连接湿膜与最终黑相钙钛矿的关键过渡状态，其结构与均匀性直接决定了最终薄膜的结晶质量、晶粒尺寸以及缺陷密度。然而，钙钛矿材料自身对水分极为敏感。在实际生产过程中，特别是在湿度较高的环境（例如相对湿度>30%）下进行涂布和退火操作时，水分会对该动态过程产生严重干扰：其一，破坏中间相的稳定性：在涂布过程中，前驱液中的溶剂与铅离子所形成的中间相络合物容易受到水分的攻击。水分子会竞争性地取代中间相中的配位溶剂，进而形成非钙钛矿相的水合中间产物（如pbi2·h2o）。这种水合中间相在后续退火过程中难以完全转化为所需的黑相钙钛矿，从而导致残留 δ 相或碘化铅杂相；其二，干扰结晶动力学，降低结晶质量：在退火过程中，残留的水分会扰乱钙钛矿的正常成核与晶体生长路径，水分子一方面会诱导不均匀成核，致使钙钛矿层表面形成大量针孔和晶界缺陷，另一方面会加速钙钛矿的逆分解反应，所生成的副产物成为复合中心，最终体现为钙钛矿晶粒尺寸小、缺陷密度高，进而电池的长期稳定性降低。

3、由此，传统技术仍有待进一步改进。

技术实现思路

1、基于此，本申请提供了一种钙钛矿前驱体溶液、钙钛矿复合材料及其制备方法、钙钛矿电池与应用，有利于提高在高湿度条件下制备时，钙钛矿层的结晶质量，降低缺陷密度，从而提高电池的稳定性。

2、本申请的技术方案如下：

3、本申请的第一方面，提供了一种钙钛矿前驱体溶液，所述钙钛矿前驱体溶液包括：钙钛矿前驱体材料、六碳全氟聚醚硅氧烷和溶剂。

4、本申请提供的钙钛矿前驱体溶液中，添加了六碳全氟聚醚硅氧烷，在采用钙钛矿前驱体溶液制备钙钛矿材料层时，一方面：六碳全氟聚醚硅氧烷可穿插在溶剂化的中间相络合物中，防止溶剂过快逃逸产生裂纹，其所含硅氧烷结构中的氧原子和钙钛矿材料中未配位的pb2+等离子结合，形成稳定中间相络合物；另一方面：六碳全氟聚醚硅氧烷所含有的全氟聚醚链段向外伸展，形成超疏水屏障降低表面能，排斥水分子入侵；且即使在水汽触发环境下，其所含有的硅烷基团也能通过发生水解缩合，在钙钛矿晶体生长界面原位形成致密的有机-无机杂化疏水网络，即使在相对湿度30%~70%的高湿度空气环境中直接旋涂，也能制备出几乎无针孔、结晶性优异、覆盖率接近100%的钙钛矿材料膜，显著提升了钙钛矿电池在高湿环境下制备的稳定性及光电转换效率。

5、在其中一些实施例中，所述六碳全氟聚醚硅氧烷包含全氟聚醚链段和至少一个可水解缩合的三烷基硅氧烷端基；

6、所述三烷基硅氧烷端基包括3-氨丙基三甲氧基硅烷端基。

7、在其中一些实施例中，以所述钙钛矿前驱体溶液中的所述溶剂的体积为基准，所述六碳全氟聚醚硅氧烷的质量浓度为0.5mg/ml ~5mg/ml。

8、在其中一些实施例中，以所述钙钛矿前驱体溶液中的所述溶剂的体积为基准，所述钙钛矿前驱体材料的浓度为1.2m~1.8m。

9、在其中一些实施例中，所述溶剂包括n,n-二甲基甲酰胺和n-甲基吡咯烷酮中的至少一种。

10、本申请第二方面，提供一种钙钛矿复合材料，所述钙钛矿复合材料包括：钙钛矿材料和六碳全氟聚醚硅氧烷。

11、在其中一些实施例中，所述钙钛矿复合材料的制备原料包括第一方面的钙钛矿前驱体溶液。

12、本申请第三方面，提供第二方面的钙钛矿复合材料的制备方法，包括如下步骤：

13、将第一方面的钙钛矿前驱体溶液依次进行：涂布处理以及退火处理，制备钙钛矿复合材料。

14、在其中一些实施例中，所述涂布处理的过程在相对湿度30%~70%的空气环境中进行；和/或

15、所述退火处理的温度为100°c~150°c。

16、本申请第四方面，提供一种钙钛矿电池，所述钙钛矿电池包括钙钛矿层，所述钙钛矿层包括如第二方面的钙钛矿复合材料或第三方面的钙钛矿复合材料的制备方法制得的钙钛矿复合材料。

17、本申请第五方面，提供一种光伏组件，所述光伏组件包括第四方面的钙钛矿电池。

1.一种钙钛矿前驱体溶液，其特征在于，所述钙钛矿前驱体溶液包括:钙钛

2.如权利要求1所述的钙钛矿前驱体溶液，其特征在于，所述六碳全氟聚醚硅氧烷包含全氟聚醚链段和至少一个可水解缩合的三烷基硅氧烷端基；

3.如权利要求1所述的钙钛矿前驱体溶液，其特征在于，以所述钙钛矿前驱体溶液中的所述溶剂的体积为基准，所述六碳全氟聚醚硅氧烷的质量浓度为0.5 mg/ml ~5mg/ml。

4.如权利要求1~3任一项所述的钙钛矿前驱体溶液，其特征在于，以所述钙钛矿前驱体溶液中的所述溶剂的体积为基准，所述钙钛矿前驱体材料的浓度为1.2m~1.8m。

5.如权利要求1~3任一项所述的钙钛矿前驱体溶液，其特征在于，所述溶剂包括n,n-二甲基甲酰胺和n-甲基吡咯烷酮中的至少一种。

6.一种钙钛矿复合材料，其特征在于，所述钙钛矿复合材料包括：钙钛矿材料和六碳全氟聚醚硅氧烷。

7.如权利要求6所述的钙钛矿复合材料，其特征在于，所述钙钛矿复合材料的制备原料包括如权利要求1~5任一项所述的钙钛矿前驱体溶液。

8.如权利要求6或7所述的钙钛矿复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

9.如权利要求8所述的钙钛矿复合材料的制备方法，其特征在于，所述涂布处理的过程在相对湿度30%~70%的空气环境中进行；和/或

10.一种钙钛矿电池，其特征在于，所述钙钛矿电池包括钙钛矿层，所述钙钛矿层包括如权利要求6~7任一项所述的钙钛矿复合材料或如权利要求8~9任一项所述的钙钛矿复合材料的制备方法制得的钙钛矿复合材料。

11.一种光伏组件，其特征在于，所述光伏组件包括如权利要求10所述的钙钛矿电池。