大气环境中溶剂添加剂对制备钙钛矿薄膜的影响

钙钛矿太阳能电池中有机-无机杂化钙钛矿薄膜的品质很大程度上决定了其器件效率。作为简单有效的制备方法,近几年一步溶液旋涂法不断改进工艺,迅速广泛应用于高质量钙钛矿薄膜的制备,其中在前驱体溶液中添加二甲基亚砜（Dimethyl sulfoxide,DMSO）以及旋涂过程中滴加反溶剂被普遍认为是行之有效的手段,可以大幅提升钙钛矿的结晶质量,获得均匀致密的薄膜。本文通过控制钙钛矿薄膜制备过程中前驱体溶液DMSO和旋涂过程中反溶剂乙醚的添加与否,在大气环境制备了4种不同的薄膜样品,结合扫描电子显微镜、同步辐射掠入射X射线衍射以及器件效率测试等研究了薄膜的表面形貌、结晶性与基于它们制备的器件性能的差异,探究了DMSO和乙醚两种添加剂对钙钛矿成膜的影响、机制及其构效关系。同时,进一步采用同步辐射掠入射X射线衍射研究4种薄膜样品在空气环境下原位加热过程中钙钛矿结晶、退化以及期间晶格结构的演变,发现前驱体溶液中加入DMSO对于钙钛矿结构形成具有延迟作用,而反溶剂乙醚的滴加则对薄膜形貌、结晶、晶面取向乃至器件光电转换效率具有显著的提升,并且其钙钛矿结构具有较好热稳定性。本文的发现将为改善钙钛矿薄膜制备工艺以进一步提升其器件光电转换效率与稳定性提供一定的实验依据。