本发明涉及新型薄膜太阳能电池制备，尤其涉及一种fapbi3钙钛矿太阳能电池及其制备方法。
背景技术：
1、钙钛矿太阳能电池作为第三代新型新概念太阳电池的典型代表，不仅具有高效、低成本、制备工艺简单等优点，而且其载流子迁移率高，带隙易调控，对太阳吸收光谱利用率高。十年间，钙钛矿太阳能电池的光电转换效率已从3.8％增长到25.7％，发展迅速，应用前景良好。在各种钙钛矿材料中，fapbi3具有更窄的带隙(～1.48ev)，更接近理想带隙(～1.34ev)，吸光系数高，电子传输性能优异，且具有优异的热稳定性和光稳定性。因此，fapbi3是最有希望应用于光伏产业的候选物之一。然而，由于fa+离子半径大且具有高旋转迁移率，在八面体框架中动态无序，无法获得稳定的晶格结构，且其光活性α相在室温下易转化为非光活性δ相，因此制备稳定相纯的α-fapbi3较为困难。针对该问题，目前已开发出各种策略，但大多仍基于组分调控来实现α相稳定，如在钙钛矿晶格中引入小离子半径成分ma+、cs+，br-等来稳定晶体结构，但这会导致带隙不可避免地增大，这就损失了fapbi3带隙窄的优点，并导致较差的热稳定性、不利的相分离和载流子陷阱位置等一系列问题。因此，基于溶剂工程促进α相转变和稳定α相也具有重要研究意义。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供一种不改变带隙、制备成本低、重现性高的fapbi3钙钛矿薄膜太阳能电池，本发明的另一目的是提高fapbi3钙钛矿太阳能电池的光电转换效率。
2、本发明采用的技术方案：
3、本发明采用dmf/tmso混合溶剂体系溶解钙钛矿前驱体(碘化铅、碘甲脒)材料，然后将得到的前驱体溶液，采用冷冻处理前驱体溶液，冷冻后进行旋涂，从而在退火阶段获得较高能量直接制得α相钙钛矿薄膜。
4、fapbi3钙钛矿薄膜的具体制备步骤如下：
5、(1)将碘化铅，碘化甲脒按摩尔比1：1溶于二甲基甲酰胺和四亚甲基亚砜混合溶剂中，在室温下溶解搅拌6-8小时，配制fapbi3钙钛矿前驱体溶液；其中n,n-二甲基甲酰胺和四亚甲基亚砜的体积比为850～950：50～150；
6、(2)在无水无氧的手套箱中将fapbi3钙钛矿前驱体溶液置于冷台上冷冻处理，将冷冻处理后的fapbi3钙钛矿前驱体溶液涂覆在基板上，经过退火，得到钙钛矿薄膜。
7、进一步，步骤(1)所述的fapbi3钙钛矿前驱体溶剂中n,n-二甲基甲酰胺和四亚甲基亚砜的体积比为850～950：50～150。进一步优选：n,n-二甲基甲酰胺:四亚甲基亚砜＝900:100。碘化铅的浓度为1.25m。
8、进一步，步骤(2)的fapbi3钙钛矿前驱体溶液的冷冻处理温度为-10℃～20℃；冷冻时间为30min。进一步优选：前驱体冷冻温度为0℃。
9、进一步，退火处理是指在150℃条件下处理15分钟。
10、本发明还提供了上述制备的fapbi3钙钛矿薄膜在钙钛矿太阳能电池的应用。
11、钙钛矿太阳能电池的制备步骤如下：
12、(1)将碘化铅，碘化甲脒按摩尔比1：1溶于二甲基甲酰胺和四亚甲基亚砜混合溶剂中，在室温下溶解搅拌6-8小时，配制fapbi3钙钛矿前驱体溶液；
13、(2)在清洗并且臭氧处理过的fto透明导电玻璃片上旋涂沉积空穴传输材料；
14、(3)在无水无氧的手套箱中将fapbi3钙钛矿前驱体溶液置于冷台上冷冻一段时间后，将冷冻后的fapbi3钙钛矿前驱体溶液涂覆在有空穴传输层的fto导电基板上，经过150℃，15分钟的退火，得到平整致密的钙钛矿薄膜，即为fapbi3钙钛矿薄膜吸收层；
15、(4)在制备的fapbi3钙钛矿吸光层上旋涂电子传输层；
16、(5)在电子传输层上沉积空穴阻挡层；
17、(6)在空穴传输层上沉积金属电极层。
18、进一步，步骤(2)具体为：臭氧处理后的fto玻璃基底转移至n2手套箱内，用移液枪将准备好的空穴传输材料2pacz:meo-2pacz涂覆在fto导电玻璃上，静置5s～10s后进行旋涂，旋涂转速设定为5000r，2000r/s2，20s。旋涂结束后将玻璃基底转移至100℃热台上，进行10分钟退火处理。其中，空穴传输材料2pacz:meo-2pacz以1:1的体积比进行混合搅拌，2pacz浓度为0.3mg/ml，meo-2pacz浓度为0.3mg/ml，搅拌均匀后用0.45μm孔径的滤芯过滤。
19、进一步，步骤(3)制备完成的带有空穴传输层的导电玻璃基底上，使用一步溶液法制备fapbi3钙钛矿吸光层。旋涂转速设定为1000rpm，8～10s；5000rpm，30s，在总时间剩余18s时滴加氯苯作为反溶剂，旋涂结束后立即将玻璃转移至150℃热台上，进行15min退火处理。退火完毕后放置于瓷舟内冷却。fapbi3钙钛矿反溶剂与前驱体溶液的体积比为100～200:30。作为优选：fapbi3钙钛矿薄膜吸光层的厚度为300～500nm。
20、进一步，步骤(4)沉积完fapbi3钙钛矿吸光层的fto玻璃上，旋涂的pcbm溶液作电子传输层。其中pcbm溶于氯苯，浓度为20mg/ml。转速设定为1200r，30s，旋涂结束后转移至70℃热台上进行10min的退火处理，形成电子传输层。作为优选：电子传输层的厚度为20～40nm。
21、进一步，步骤(5)在步骤(4)制备完成的电子传输层上旋涂bcp溶液作空穴阻挡层。其中bcp溶于异丙醇，浓度为0.5ml/ml，旋涂转速设定为5000r，30s，旋涂结束后转移至70℃热台上进行2min退火处理，制备得空穴阻挡层。作为优选：空穴阻挡层的厚度为3～5nm。
22、进一步，步骤(6)为制备完成的空穴阻挡层上，使用真空蒸发法蒸镀80～100nm厚的金属银电极，完成fapbi3钙钛矿太阳能电池的制备。
23、由上述技术方案可知，本发明提供的fapbi3钙钛矿太阳能电池的制备方法与现有技术的区别在于：
24、本发明使用n,n-二甲基甲酰胺和四亚甲基亚砜混合溶剂作为钙钛矿前驱体溶液的溶剂，一方面，利用四亚甲基亚砜强大的配位能力，使得钙钛矿形成强有力且相纯的中间相；另一方面，通过钙钛矿前驱体溶液进行冷冻处理，延缓结晶速度，拓宽加工窗口，从而达到提高器件的成膜效果和光电性能的目的。
25、本发明制备的fapbi3钙钛矿太阳能电池的效率和稳定性得到了显著提高，其中，最合适的混合溶剂体积比为n,n-二甲基甲酰胺:四亚甲基亚砜＝900:100，其最高光电转化效率为16.21％，经过冷冻处理后的最高光电转化效率为18.37％，最合适的前驱体冷冻温度为0℃，与未经过冷冻处理(20℃)的fapbi3钙钛矿太阳能电池相比，其最高光电转化效率从16.36％增长到18.37％，提高了约12.3％。制备完成的fapbi3钙钛矿太阳能电池器件在放置300小时后，仍保持90％以上的初始光电转换效率。
1.一种采用溶剂体系制备fapbi3钙钛矿薄膜的方法，其特征在于，制备步骤为：
2.根据权利要求1所述采用溶剂体系制备fapbi3钙钛矿薄膜的方法，其特征在于，所述冷冻处理温度为-10℃～20℃；碘化铅，碘化甲脒的摩尔比1：1。
3.根据权利要求1所述采用溶剂体系制备fapbi3钙钛矿薄膜的方法，其特征在于，所述n,n-二甲基甲酰胺和四亚甲基亚砜的体积比为900:100；冷冻处理温度为0℃。
4.一种fapbi3钙钛矿薄膜，其特征在于，根据权利要求1-3任一项所述的方法制备得到的fapbi3钙钛矿薄膜。
5.一种钙钛矿太阳能电池，其特征在于，钙钛矿太阳能电池结构中包含权利要求4所述的钙钛矿薄膜。
6.根据权利要求5所述钙钛矿太阳能电池的制备方法，所述钙钛矿太阳能电池器件包括：导电基板，空穴传输层，fapbi3钙钛矿吸光层，电子传输层，空穴阻挡层，金属电极；制备步骤如下：
7.如权利要求6所述方法制备的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，步骤(3)fapbi3钙钛矿吸光层的制备方法为：fapbi3钙钛矿前驱体的旋涂转速设定为1000rpm，8～10s；5000rpm，30s，在总时间剩余18s时滴加氯苯作为反溶剂，旋涂结束后立即将玻璃转移至150℃热台上，进行15min退火处理，退火完毕后放置于瓷舟内冷却；fapbi3钙钛矿反溶剂与前驱体溶液的体积比为100～200:30；fapbi3钙钛矿薄膜吸光层的厚度为300～500nm。
8.如权利要求6所述方法制备的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，钙钛矿太阳能电池的结构为fto/2pacz:meo-2pacz/fapbi3/pcbm/bcp/ag；fapbi3层厚度为300～500nm；pcbm层厚度为20～40nm；bcp层厚度为3～5nm；ag层厚度为80～100nm。
