[发明专利]一种高质量CsPbI2

说明书

本发明公开了一种高质量CsPbI₂Br无机钙钛矿薄膜的制备方法，属于太阳能电池制备技术领域。该方法首先利用旋涂法制备一层PbI₂薄膜，然后在PbI₂薄膜表面分次旋涂CsBr甲醇溶液，经后退火过程形成钙钛矿。在该过程中，通过控制CsBr沉积次数，可以有效地调控CsPbI₂Br薄膜的成膜质量及相成分。同时为了能够让PbI₂更有效地转化为钙钛矿、避免过多PbI₂的残留，引入了绿色反溶剂对PbI₂薄膜进行处理，通过构建具有随机晶粒取向的微/纳多孔中间相薄膜，使CsBr分子能够更有效地扩散到PbI₂薄膜中，进而实现CsPbI₂Br无机钙钛矿薄膜更完全、更高效的转化，其制备的无机钙钛矿薄膜厚度、形貌以及相成分可控，光吸收好。该方法工艺简单，成本低廉，易于工业化，有利于推动全无机钙钛矿器件的发展。

技术领域

本发明属于太阳能电池制备技术领域，涉及一种高质量CsPbI₂Br无机钙钛矿薄膜的制备方法。

背景技术

有机-无机杂化钙钛矿材料由于具有高的消光系数、双极性电荷传输特性、合适且可调的带隙宽度以及载流子扩散距离长等优点，在光伏领域展现出极大的应用价值。最近，基于该材料构建的钙钛矿太阳能电池取得了23.3%的认证转化效率，但其也面临着一个严峻的问题，即稳定性不好。由于甲胺（CH₃NH₃⁺）或甲脒（CH(NH₂)₂⁺）等有机阳离子的存在导致有机-无机杂化钙钛矿材料在空气中极易潮解、受热易分解，这将限制钙钛矿太阳能电池的进一步发展。而由无机阳离子（Cs⁺）完全替代有机基团形成的无机钙钛矿材料（CsPbX₃）由于具有更高的热稳定性以及与有机-无机杂化钙钛矿材料可比拟的光电性能，有望成为构建高效稳定钙钛矿电池的理想吸收层材料。特别是CsPbI₂Br混合卤素无机钙钛矿，由于其具有合适的带隙宽度（1.91eV）以及更稳定的室温钙钛矿相，因此是叠层电池顶电池材料的理想选择。到目前为止，传统的一步旋涂方法仍然是制备CsPbI₂Br薄膜的主要途径。在该方法中，先将卤化铅（PbX₂）和卤化铯（CsX）按照一定的比例溶解在DMF、DMSO等高沸点溶剂中，形成前驱体溶液；然后将该溶液旋涂在衬底上，加热干燥即可制得CsPbI₂Br无机钙钛矿薄膜。但是，一步法所采用的高沸点溶剂挥发较为缓慢，导致该方法很难对CsPbI₂Br的成膜过程以及成膜质量进行控制。同时，含Br的无机前驱体盐在DMF中的溶解度较小，制备出的薄膜较薄，限制了CsPbI₂Br薄膜吸收层对光的吸收。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有的一步法制备CsPbI₂Br薄膜存在的上述缺陷，提供一种成膜过程易控、光吸收好的高质量CsPbI₂Br无机钙钛矿薄膜的制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：首先利用简单的旋涂法制备一层PbI₂薄膜，然后在PbI₂薄膜表面分次旋涂CsBr甲醇溶液，经后退火过程形成钙钛矿。在该过程中，通过控制CsBr的沉积次数，可以有效地调控CsPbI₂Br薄膜的成膜质量及相成分。同时为了能够让PbI₂更有效地转化为钙钛矿、避免过多PbI₂的残留，引入了绿色反溶剂对PbI₂薄膜进行处理，通过构建具有随机晶粒取向的微/纳多孔中间相薄膜，使CsBr分子能够更有效地扩散到PbI₂薄膜中，进而实现CsPbI₂Br无机钙钛矿薄膜更完全、更高效的转化。其具体包括以下步骤：