[发明专利]基于高通量气相共蒸制备稳定CsPbI2

说明书

本发明提供的基于高通量气相共蒸制备稳定CsPbIsubgt;2/subgt;Br无机钙钛矿薄膜的方法，属于钙钛矿材料的制备技术领域，采用溴化铯和碘化铅作为蒸发源，通过保持沉积过程中衬底位置固定，获得溴化铯和碘化铅的含量沿两个蒸发源位置方向呈梯度变化的高相稳定性的CsPbIsubgt;2/subgt;Br无机钙钛矿薄膜；优选将衬底设置在特定位置，可获得三维CsPbIsubgt;2/subgt;Br钙钛矿晶界处分布有零维Cssubgt;4/subgt;PbIsubgt;6‑x/subgt;Brsubgt;x/subgt;“分子锁”结构的稳定CsPbIsubgt;2/subgt;Br无机钙钛矿薄膜，会促进无机CsPbIsubgt;2/subgt;Br钙钛矿(100)晶面的择优取向，有利于光电流传输，提高光电转换效率。

技术领域

本发明属于钙钛矿材料的制备技术领域，具体涉及基于高通量气相共蒸制备稳定CsPbI₂Br无机钙钛矿薄膜的方法。

背景技术

半导体光生伏打效应是指光照射半导体产生电动势的效应。依据光生电动势位置，主要分为两类：一类是发生在半导体体内，一类是发生在半导体界面。通常后者又称为“光伏效应”。著名物理学家William Shockley和Hans Queisser依据对光伏物理过程的细致平衡分析，提出半导体光伏电池的效率理论极限值为30％(原始计算值)。目前，单晶硅(非集成)太阳能电池的光电转换记录效率已接近肖克利-奎伊瑟(Shockley-Queisser)效率理论极限值。但硅作为间接带隙半导体，提炼和加工硅材料及器件均需较大消耗，这与环境友好型新能源器件发展的初衷产生冲突。因此近年来发展火热的金属卤化物钙钛矿材料被应用于光伏领域，并取得重大的突破性进展。从2009年首次引入至今，十余年间以钙钛矿作为吸光层的单节太阳能电池最高光电转换效率高达25％以上，足以证明金属卤化物钙钛矿作为光伏材料主体吸光层的潜力。但是伴随着器件效率的飞速发展，金属卤化物钙钛矿的自身稳定性给光伏器件的长期应用带来了阻碍。

在各种化学组成和不同结构的钙钛矿材料中，无机金属卤化物钙钛矿具有更有利的操作稳定性，同时由于具有更为合适的光学带隙，使得其在发展钙钛矿-钙钛矿-硅叠层太阳能电池时体现出巨大的潜力。其中无机CsPbI₃钙钛矿太阳能电池的发展较为突出并取得卓越成果，但依然面临低温(300℃)钙钛矿相稳定性不高的问题。由于光伏器件持续工作的环境温度平均约为60～80℃，因此为了提高无机CsPbI₃钙钛矿太阳能电池在正常工作环境下的相稳定性，研究表明可以在吸光层中引入外来成分，例如掺入有机阳离子或含有机成分的添加剂。但由于掺入的外来成分中含有一定量的有机组分，在高温环境中易导致钙钛矿的不可逆降解。

因此如何提高无机CsPbI₃钙钛矿的相稳定性，并不改变其适合作为钙钛矿-钙钛矿-硅叠层太阳能电池顶电池的光学特征，成为了无机钙钛矿器件商业化生产及应用道路中亟需解决的关键问题。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供了基于高通量气相共蒸制备稳定CsPbI₂Br无机钙钛矿薄膜的方法，实现Br离子掺杂的同时，提高混合卤化物CsPbI₂Br无机钙钛矿的相稳定性，以提升基于此的太阳能电池的光电转换效率。

本发明具体技术方案如下：

基于高通量气相共蒸制备稳定CsPbI₂Br无机钙钛矿薄膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、在蒸发腔室中放置多个矩形阵列排布于同一平面的衬底，并在矩形阵列的长度或宽度方向的两侧分别放入蒸发源溴化铯和碘化铅；

步骤2、对蒸发腔室抽真空，待真空度达到2×10^-4～5×10^-4Pa以下，设定衬底温度为120～150℃，保持衬底挡板关闭，分别调节碘化铅和溴化铯的蒸发速率至稳定；