[发明专利]高稳定性的全无机CsPbI2

说明书

本发明公开了一种高稳定性的全无机CsPbI₂Br钙钛矿薄膜及制备方法，包括处理FTO导电玻璃衬底材料，在FTO导电玻璃衬底上制备TiO₂层；配制反溶剂，将碘化铯、碘化铅、溴化铅加入有机溶剂中配制钙钛矿前驱体溶液；将钙钛矿前驱体溶液涂覆到FTO/TiO₂衬底上获得CsPbI₂Br钙钛矿前驱体薄膜；将反溶剂溴化甲胺溶液涂敷在钙钛矿前驱体薄膜上；退火，形成全无机CsPbI₂Br钙钛矿薄膜。该方法制备的CsPbI₂Br薄膜提高了薄膜的结晶性和改善了形貌，进一步提升了薄膜的稳定性。

技术领域

本发明属于钙钛矿光伏器件领域，特别涉及一种高稳定的全无机CsPbI₂Br钙钛矿薄膜的制备方法。

背景技术

钙钛矿太阳能电池(PSC)在过去十年中取得了从3.8％到25.2％的一系列效率突破，这归功于其出色的光电性能、高吸收系数、理想的直接带隙和可调带隙。有机-无机杂化钙钛矿材料由于易于挥发的有机成分而存在固有不稳定性，并且有机分子可能在热和潮湿的环境中被挥发，例如CH₃NH₃PbI₃可能分解为碘化铅(PbI₂)和CH₃NH₃I。因此，由于有机阳离子被铯(Cs)取代，具有超高稳定性的全无机钙钛矿被认为是PSC实现商业化的有前途的替代方法。

全无机CsPbX₃(X＝I，Br，Cl)钙钛矿最近因其出色的热稳定性而受到越来越多的关注。为了平衡稳定性和带隙的需求，研究了混合卤化无机钙钛矿材料。其中，CsPbI₂Br具有相对合理的带隙约为1.91eV，并且比α-CsPbI₃具有更好的相稳定性，在半透明和叠层光伏应用中表现出巨大的潜力。最近，刘生忠等人报道了在CsPbI₂Br钙钛矿薄膜中添加CaCl₂以提高结晶度和抑制缺陷密度之后的最高记录效率为16.79％。尽管到目前为止，CsPbI₂Br仍已达到较高的效率，但在高湿度的环境空气中仍不稳定，α相易于转变为无光伏特性的δ相。

因此，改善薄膜形貌及结晶性和提高钙钛矿薄膜的相稳定性，减少薄膜的非辐射复合缺陷，对实现钙钛矿光伏器件的商业化，显得极其重要。

发明内容

针对上述钙CsPbI₂Br钛矿薄膜在湿度较高的环境中的稳定性较差的问题，本发明提出通过在钙钛矿前驱体薄膜表面产生卤素交换，形成稳定的CsPbI_2-xBr_1+x(0x1)富溴层，覆盖了易于分解的α-CsPbI₂Br，改善了薄膜的结晶性和形貌，减少了表面的应力缺陷，从而提升了CsPbI₂Br钙钛矿薄膜的相稳定性。

为达到上述目的，本发明是通过下述方案来实现的。

本发明的一种高稳定性的全无机CsPbI₂Br钙钛矿薄膜制备方法，包括以下步骤：

步骤1，清洗FTO导电玻璃衬底材料，然后用N₂干燥，并用紫外臭氧处理；

步骤2，将TiO₂溶胶涂敷在FTO导电玻璃衬底上旋转，然后在空气中退火；自然冷却至室温后，获得致密的TiO₂层；

步骤3，将溴化甲胺溶于有机溶剂A，配制成摩尔浓度为0.05-0.2mol/L溶液作为反溶剂；

步骤4，按照摩尔比2：1：1将碘化铯、碘化铅、溴化铅加入有机溶剂B中搅拌，配制为摩尔浓度0.6-1.25mol/L的钙钛矿前驱体溶液；