[发明专利]通过二次退火引入碘三负离子减小钙钛矿薄膜带隙的方法

说明书

本发明提供一种通过二次退火引入碘三负离子减小钙钛矿薄膜带隙的方法；包括：将碘化铯和碘化铅混合溶解于溶剂A中得前驱体溶液；将前驱体溶液旋涂到基片上，进行一次退火，得到钙钛矿中间相薄膜；再将含有三碘化物的溶液B滴加旋涂到钙钛矿中间相薄膜上，进行二次退火得到含有三碘化物的CsPbI₃·xMI₃钙钛矿薄膜。通过二次退火引入碘三负离子，使得该钙钛矿薄膜的带隙变窄，拓宽了钙钛矿薄膜的光吸收范围，有利于增加对太阳光的利用率。此外，该钙钛矿薄膜还具有结晶性好，稳定性高，表面平整致密等优点。该方法有利于发展高效率钙钛矿薄膜光电器件，提升了钙钛矿薄膜在光电领域的应用潜力。

技术领域

本发明涉及制备稳定的窄带隙钙钛矿薄膜的技术领域，具体地，涉及一种通过二次退火引入碘三负离子(I₃^-)减小钙钛矿薄膜带隙的方法，通过二次退火钙钛矿薄膜的方法，在钙钛矿晶格中均匀地引入碘三负离子，使得该钙钛矿薄膜的带隙变窄，同时增加其钙钛矿薄膜的结晶性和稳定性。

背景技术

钙钛矿太阳能电池具有高吸光系数，长载流子迁移率，可调节的带隙，优良的半导体性能以及较高的器件灵活性等优点，是发展下一代光电器件的有力候选者。然而，通过肖克利-奎瑟极限计算，光伏材料的最理想带隙是1.34eV。目前典型的有机无机杂化钙钛矿或者全无机钙钛矿太阳能电池的带隙较宽，其中MAPbI₃的带隙为1.58eV，FAPbI₃的带隙为1.48eV，CsPbI₃的带隙为1.67eV，无法充分地利用太阳光，这不利于发展高性能的钙钛矿太阳能电池。因此，减小带隙是提高钙钛矿太阳能电池效率的有效方法之一。目前改变铅卤钙钛矿材料带隙的有效方法是掺杂A位阳离子或者X位阴离子，然而这些方法得到的钙钛矿材料在光照情况下会出现相分离，导致钙钛矿太阳能电池的稳定性降低。因此，寻找和开发新型有效的掺杂方法对于制备高效稳定的窄带隙钙钛矿太阳能电池具有重要意义。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种通过二次退火引入碘三负离子减小钙钛矿薄膜带隙的方法；通过二次退火钙钛矿薄膜将一种或几种三碘化物引入钙钛矿薄膜中，从而在钙钛矿晶格中均匀地引入碘三负离子，减小钙钛矿薄膜的带隙，以实现高效利用太阳光，提高钙钛矿电池效率的同时提高其稳定性。具体涉及通过二次退火在钙钛矿晶格中均匀有效地引入碘三负离子，从而减小钙钛矿薄膜带隙的方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

第一方面，本发明提供了一种通过二次退火引入碘三负离子来减小钙钛矿薄膜带隙的方法，将碘三负离子引入钙钛矿晶格中，使得钙钛矿薄膜的带隙变窄，所述方法包括以下步骤：

S1、将碘化铯和碘化铅混合，溶解于溶剂A中，得到前驱体溶液；

S2、将前驱体溶液旋涂到基片上，进行一次退火，得到钙钛矿中间相薄膜；

S3、将含有三碘化物的溶液B滴加旋涂到钙钛矿中间相薄膜上，进行二次退火得到含有三碘化物的CsPbI₃·xMI₃钙钛矿薄膜。

作为一个实施方案，所述步骤S1中碘化铯和碘化铅摩尔比为1:0.9-1.1。在一些实施例中，取该摩尔比为1:1。

作为一个实施方案，所述步骤S1中采用的溶剂A为N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜和N-甲基吡咯烷酮中的一种或多种。

作为一个实施方案，所述步骤S2中的旋涂速率为2000-5000rmp，旋涂时间为20-30s。

作为一个实施方案，所述步骤S2中退火温度为80-100℃，退火时间为2-5min。温度过低，退火时间过短会导致薄膜转换成中间相不足，影响薄膜性能；温度过高，退火时间过长会导致薄膜直接转换成最终相，阻碍后一步中的碘三负离子有效进入钙钛矿晶格中。