一种基于卤化铅配合物的钙钛矿薄膜及其制备方法和应用与流程

本发明属于钙钛矿电池，涉及一种基于卤化铅配合物的钙钛矿薄膜及其制备方法和应用。

背景技术：

1、有机-无机杂化钙钛矿材料因其具有abx3型晶体结构（其中a位通常为甲胺、甲脒等有机阳离子或铯离子，b位为铅、锡等金属离子，x位为卤素离子），展现出优异的光吸收系数、可调的带隙、长的载流子扩散长度以及低成本的溶液加工性能。然而，钙钛矿在光照、高温、湿热、氧气等环境应力作用下极易发生分解或相变，例如甲胺基钙钛矿在湿热条件下易降解为碘化铅和有机盐，而甲脒基钙钛矿则可能在室温下发生非光活性黄相的转变，这些退化过程直接导致器件效率的快速衰减甚至完全失效。为了解决上述稳定性难题，研究者们已尝试多种策略，包括组分工程（如a位和x位混合离子取代）、界面工程（如在钙钛矿层与电荷传输层之间插入钝化层）、封装技术以及添加剂工程等。

2、添加剂工程因其操作简便、效果显著而备受关注，通过在钙钛矿前驱体溶液中引入具有特定官能团的有机小分子、聚合物或无机盐，可以调控结晶动力学、减少薄膜缺陷、钝化晶界和表面悬挂键，从而在一定程度上提升薄膜质量和器件稳定性。例如，将含羰基、氨基或硫氰基的有机分子添加到前驱体溶液中，利用这些官能团与钙钛矿中未配位的铅离子形成配位作用，抑制非辐射复合并延缓降解过程。部分添加剂与钙钛矿组分之间的相互作用较弱或不可控，容易在薄膜退火过程中挥发或聚集，导致效果不稳定；而另一些添加剂虽然能形成较强的化学键合，却可能引入过多的空间位阻，反而干扰钙钛矿的有序成核和晶体生长，使得薄膜的致密性和均匀性下降。

技术实现思路

1、为解决现有技术中的问题，本发明提供了一种基于卤化铅配合物的钙钛矿薄膜及其制备方法和应用，实现了结晶质量改善、缺陷钝化与长期稳定性的协同提升，从而显著提高钙钛矿太阳能电池的光电转换效率和运行寿命。

2、为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

3、第一方面，本发明提供了一种基于卤化铅配合物的钙钛矿薄膜的制备方法，包括以下步骤：

4、将配合物分子与卤化铅混合后进行球磨，得到卤化铅配合物；

5、将所述卤化铅配合物添加到钙钛矿前驱体溶液中，得到含有卤化铅配合物添加剂的钙钛矿前驱体溶液；

6、提供基底，将所述含有卤化铅配合物添加剂的钙钛矿前驱体溶液涂覆到所述基底上，经退火处理，得到钙钛矿薄膜。

7、优选的，所述配合物分子为氨基酸或乙二胺四乙酸二钠。

8、优选的，所述卤化铅为碘化铅、溴化铅或氯化铅。

9、优选的，所述配合物分子与卤化铅的摩尔比为（1~3）：1。

10、优选的，所述钙钛矿前驱体溶液的制备方法包括：

11、将卤化盐ax、卤化金属bx2与溶剂混合，得到所述钙钛矿前驱体溶液；其中，a为甲胺离子、甲脒离子或铯离子；b为铅离子；x为卤素离子；所述溶剂包括n,n-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、n-甲基吡咯烷酮中的一种或多种。

12、优选的，所述卤化盐ax与卤化金属bx2的摩尔比为1：(0.8~1.5)。

13、优选的，所述卤化铅配合物与卤化金属bx2的摩尔比(0.01~0.05)：1。

14、优选的，所述球磨的时间为10~60分钟，所述球磨的转速为200~600转/分钟；所述退火处理的温度为100~150℃，所述退火处理的时间为10~30分钟。

15、第二方面，本发明提供了一种基于卤化铅配合物的钙钛矿薄膜。

16、第三方面，本发明提供了一种基于卤化铅配合物的钙钛矿薄膜在钙钛矿电池技术领域的应用，所述钙钛矿薄膜作为钙钛矿电池的钙钛矿层。

17、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

18、通过将配合物分子与卤化铅混合后进行球磨，利用机械力化学作用使配合物分子与卤化铅充分发生配位反应，形成结构均一卤化铅配合物。再将该配合物引入前驱体，确保了添加剂在后续过程中的均一性和可控性，避免了直接将氨基酸等分子添加钙钛矿前驱体溶液带来的溶解不完全、局部团聚等带来的前驱体胶体稳定性下降甚至产生沉淀的不稳定问题；碘化铅配合物加入前驱体后，其中的配体分子因已与pb²+形成配位键，不会在溶液中自由游走或与主前驱体中的pb²+发生不可控的预反应。在涂覆成膜及后续退火处理过程中，该配合物一方面通过空间位阻效应调控钙钛矿晶体的生长速率和取向，抑制过快成核带来的无序生长，从而减少晶界缺陷和针孔，获得致密均匀、结晶度高的钙钛矿薄膜，另一方面在退火过程中自发向晶界及薄膜表面定向迁移富集，残留于晶界处的配合物有效缝合相邻晶粒之间的缝隙并钝化未配位的铅离子缺陷，富集于薄膜表面的配合物自组装形成疏水屏障层，有效阻隔水氧分子的侵蚀。

1.一种基于卤化铅配合物的钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于卤化铅配合物的钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，所述配合物分子为氨基酸或乙二胺四乙酸二钠。

3.根据权利要求1所述的一种基于卤化铅配合物的钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，所述卤化铅为碘化铅、溴化铅或氯化铅。

4.根据权利要求1所述的一种基于卤化铅配合物的钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，所述配合物分子与卤化铅的摩尔比为（1~3）：1。

5.根据权利要求1所述的一种基于卤化铅配合物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包括：

6.根据权利要求5所述的一种基于卤化铅配合物的钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，所述卤化盐ax与卤化金属bx2的摩尔比为1：(0.8~1.5)。

7.根据权利要求5所述的一种基于卤化铅配合物的钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，所述卤化铅配合物与卤化金属bx2的摩尔比(0.01~0.05)：1。

8.根据权利要求1所述的一种基于卤化铅配合物的钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，所述球磨的时间为10~60分钟，所述球磨的转速为200~600转/分钟；所述退火处理的温度为100~150℃，所述退火处理的时间为10~30分钟。

9.一种基于卤化铅配合物的钙钛矿薄膜，其特征在于，采用权利要求1~8任一项所述的制备方法制得。

10.根据权利要求9所述的一种基于卤化铅配合物的钙钛矿薄膜在钙钛矿电池技术领域的应用，其特征在于，所述钙钛矿薄膜作为钙钛矿电池的钙钛矿层。