钙钛矿太阳能电池技术发展解析

制备方法

两步溶液旋涂法:

两步旋涂法是把CH3NH3I和PbI粉体分别溶于DMF(或 DMSO)和异丙醇中。首先，将 PbI2溶液旋涂在FTO/ETL基板上，退火干燥或等溶剂自然挥发得到PbI2薄膜，然后，将CH3NH3I溶液涂覆在PbI2上，使两者反应; 经退火处理后，得到钙钛矿薄膜。

电池结构及钙钛矿薄膜表面:

钙钛矿太阳能电池光伏特性的关键在于薄膜形貌，良好的薄膜制备工艺可以得到光滑无缺陷的表面，大尺寸的晶粒和少量的晶界。通过在MAI溶液中加入少量极性溶剂DMF有助于改善成膜质量，随着MAI溶液浓度的增加，钙钛矿表面发白现象逐渐明显。

旋涂法:

旋涂法是实验室制备钙钛矿太阳能电池最常用的方法之一。旋涂法可分为一步旋涂法和两步旋涂法，如图所示。该方法的优点是操作简便。可以通过调节转速控制薄膜厚度。但由于自身的缺陷，旋涂法制备的薄膜会出现涂膜不均的问题。
一步反溶剂诱导快速结晶沉积法通过旋涂钙钛矿前驱液并用氯苯进行反溶剂萃取，得到致密均匀的钙钛矿薄膜。采用乙醚/ 正己烷的混合反溶剂来增加钙钛矿晶粒的成核密度，减缓晶体生长速度，得到光滑的钙钛矿薄膜。

软膜覆盖沉积法:( SCD)

软膜覆盖沉积法的步骤为:首先，将聚酰亚胺(PI)膜平铺于基底上，从一侧注入PbI2溶液，利用毛细力使PbI2扩散到整个基底。然后将PI膜剥离，用另一个PI覆盖并浸入CH3NH3I/异丙醇溶液中获得钙钛矿层。由于覆盖膜阻止溶剂蒸发到空气中，因此，钙钛矿前驱液在沸点下保持热稳定，从而易得无针孔、大晶粒且表面光滑的钙钛矿薄膜。目前的软膜覆盖沉积技术为沉积大面积、均匀的钙钛矿薄膜提供了一种新的、非旋涂的方法，并适用于刚性和柔性的钙钛矿器件。

板压法:

板压法与软膜覆盖沉积法有相似之处，该方法无需溶剂与真空条件，而是引入CH3 NH2气体分别到CH3NH3I和PbI2中，得到CH3NH3I·3CH3NH2和PbI2·CH3NH2的混合前驱液。先将此前驱液滴加到FTO/ETL上，然后覆盖聚酰亚胺( PI)薄膜。利用挤压板施加压力，从而使前驱液均匀扩散。由于气体分子的相互作用较弱，加压过程会使CHNH气体逸出。待气体完全挥发后，撕下PI膜，即可得到致密且均匀的钙钛矿薄膜，其膜厚可通过改变压力的大小来调节。与旋涂法相比，板压法制备的钙钛矿薄膜晶粒尺寸更大( 800～1000 nm) 、覆盖更均匀。

气固反应法:

气固反应法主要包括物理气相沉积和化学气相沉积。传统的气固反应往往在高真空环境中进行，因而受环境湿度影响较小，因此实验重现性较好，但存在真空仓易受污染的问题。该方法首先是将PbI2旋涂到70 ℃的ITO/HTL上，退火10 min; 其次，将CH3NH3I /乙醇均匀地喷涂在80 ℃的基底表面; 最后，两个基底扣合在真空干燥器中，利用化学气相沉积形成钙钛矿薄膜。