真空控制CsPbIxBr3-x钙钛矿生长的方法和光伏器件技术

本发明专利技术公开了一种真空控制CsPbIxBr3‑x钙钛矿生长的方法和光伏器件，所述真空控制CsPbIxBr3‑x钙钛矿生长的方法包括以下步骤：(1)取钙钛矿前驱体溶解于有机溶剂中，混合得到钙钛矿前驱体溶液；(2)取步骤(1)中的所述钙钛矿前驱体溶液涂覆于基片上；(3)将涂覆有所述钙钛矿前驱体溶液的基片置于真空环境中静置，后退火处理得到钙钛矿薄膜。本发明专利技术的方法有效地改善了传统退火薄膜干燥法所得薄膜形貌差、针孔严重的问题，基于本发明专利技术方法得到的CsPbIxBr3‑x钙钛矿的光伏器件性能更好。

【技术实现步骤摘要】
真空控制CsPbIxBr3-x钙钛矿生长的方法和光伏器件
本专利技术涉及钙钛矿材料领域，尤其是涉及一种真空控制CsPbIxBr3-x钙钛矿薄膜生长的方法和光伏器件。
技术介绍
近年来，高效率、低成本的新型有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池由于其优异的光电性能而受到广泛关注，但由于电池的光吸收层及空穴传输层中的有机成分易挥发、易吸潮而产生严重的热稳定性问题，限制了该新型电池的实际应用。如：MAPbI3的有机阳离子与晶格结合能力较弱，使其在85℃便开始分解，在55℃还会发生四方到立方的相变；FAPbI3虽在干燥环境下稳定，但却极易与湿气反应，导致性能迅速下降；此外，传统空穴传输层Spiro-OMeTAD不但价格昂贵，而且LiFSFI、4-tBP等添加物易吸潮，更会直接破坏钙钛矿层。因此避免钙钛矿太阳能电池的有机成分，从而电池的长期稳定性已成为制约其继续发展的瓶颈问题。最近，在钙钛矿材料中，采用无机Cs+离子替换有机MA+或FA+离子已被证明是提高钙钛矿材料稳定性的一种有效手段；其中，新型无机钙钛矿材料CsPbI3由于具有优异的光电性能和更好的热稳定性引起研究者的浓厚兴趣。但CsPbI3在室温大气条件下却易发生相变，易从光电性能优良的钙钛矿黑色立方α相转变成没有光学活性的的非钙钛矿黄色斜方δ相。从晶体结构考虑可以解释以上问题，Cs+半径仅为CsPbI3的间隙容忍因子t仅为0.8，因此Cs+支撑不起12个I-构筑的过大“笼子”，因而易出现晶格扭曲并发生相变。而考虑采用半径更小的Br-对其进行同族卤素取代，可收缩晶格、抑制相变、提高钙钛矿材料的稳定性，其中组成为CsPbI2Br的全无机钙钛矿因其具有合适的带隙(1.92eV)和更好的热稳定性使其更有优势。高质量的CsPbI2Br薄膜能够提高CsPbI2Br基钙钛矿太阳能电池的效率，但是现有的CsPbI2Br薄膜相变难以控制，往往难以获得均一稳定的钙钛矿，此外现有技术制备的全无机钙钛矿薄膜通常针孔明显导致光伏器件性能变差。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术所要解决的技术问题是提供一种真空控制CsPbIxBr3-x钙钛矿薄膜生长的方法和光伏器件本专利技术所采取的技术方案是：本专利技术提供一种真空控制CsPbIxBr3-x钙钛矿生长的方法，包括以下步骤：(1)取钙钛矿前驱体溶解于有机溶剂中，混合得到钙钛矿前驱体溶液；(2)取步骤(1)中的所述钙钛矿前驱体溶液涂覆于基片上；(3)将涂覆有所述钙钛矿前驱体溶液的基片置于真空环境中静置，后在氮气氛围中进行退火处理得到钙钛矿薄膜。优选地，步骤(3)中静置时间为5～60min。优选地，步骤(2)中涂覆方式为旋涂，旋涂过程分为两步，第一步旋涂转速为500～1500rpm，第二步旋涂转速为2000～6000rpm。优选地，步骤(1)中所述钙钛矿前驱体为CsI、PbI2和PbBr2。优选地，步骤(1)中所述有机溶剂为二甲基亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、氯仿、氯苯、甲苯中的任一种。优选地，步骤(3)中退火处理具体为：在100～350℃下退火，退火时间为10～60min。优选地，步骤(1)中混合的温度为2～600℃。优选地，步骤(3)中真空环境为10-1～10-4Pa。优选地，步骤(2)中的基片的材料为空穴注入材料。本专利技术还提供一种光伏器件，包括根据上述的真空控制CsPbIxBr3-x钙钛矿生长的方法得到的CsPbIxBr3-x钙钛矿。优选地，所述光伏器件为太阳能电池，所述太阳能电池为倒置结构，包括依次设置的ITO导电玻璃、NiOx层、CsPbIxBr3-x钙钛矿层、PCBM层、PEIE层和金属电极Ag。本专利技术的有益效果是：本专利技术提供一种真空控制CsPbIxBr3-x钙钛矿生长的方法，制备过程易于操作，通过本专利技术的方法制备得到的CsPbIxBr3-x钙钛矿膜面覆盖率大、薄膜质量好，有效地改善了传统退火薄膜干燥法所得薄膜形貌差、针孔严重的问题，基于本专利技术方法得到的CsPbIxBr3-x钙钛矿的光伏器件性能更好。附图说明图1为对比例1制备的钙钛矿薄膜的SEM图；图2为实施例1制备的钙钛矿薄膜的SEM图；图3为实施例2制备的钙钛矿薄膜的SEM图；图4为实施例3制备的钙钛矿薄膜的SEM图；图5为实施例4制备的钙钛矿薄膜的SEM图；图6为实施例5制备的钙钛矿薄膜的SEM图；图7为对比例1太阳能电池(D1)的光电转换效率图；图8为实施例1太阳能电池(S1)的光电转换效率图；图9为实施例2太阳能电池(S2)的光电转换效率图；图10为实施例3太阳能电池(S3)的光电转换效率图；图11为实施例4太阳能电池(S4)的光电转换效率图；图12为实施例5太阳能电池(S5)的光电转换效率图。具体实施方式以下将结合实施例对本专利技术的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本专利技术的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本专利技术的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本专利技术的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本专利技术保护的范围。对比例1对比例1提供一种传统的直接退火薄膜干燥法制备CsPbI2Br钙钛矿将碘化铯(CsI)、溴化铅(PbBr2)和碘化铅(PbI2)以2:1:1的摩尔比溶于二甲基亚砜(Dimethylsulfoxide，DMSO)中，然后置于磁力搅拌器上在50℃下搅拌30min得到钙钛矿前驱体溶液。取上述钙钛矿前驱体溶液分两步旋涂于基片上，第一步旋涂转速为500rpm，旋涂时间为10s，第二步旋涂转速为6000rpm，旋涂时间为5s，然后将涂覆有钙钛矿前驱体溶液的基片在300℃下退火10min得到钙钛矿薄膜。实施例1本实施例提供一种真空控制CsPbI2Br钙钛矿生长的方法，将碘化铯(CsI)、溴化铅(PbBr2)和碘化铅(PbI2)以2:1:1的摩尔比溶于二甲基亚砜(Dimethylsulfoxide，DMSO)中，然后置于磁力搅拌器上在50℃下搅拌30min得到钙钛矿前驱体溶液。取上述钙钛矿前驱体溶液分两步旋涂于基片上，第一步旋涂转速为500rpm，旋涂时间为10s，第二步旋涂转速为6000rpm，旋涂时间为5s，然后将涂覆有钙钛矿前驱体溶液的基片静置在真空度为10-1Pa的真空环境中，静置时间为5min，真空处理后在水含量低于0.1ppm、氧含量低于0.1ppm的氮气氛围手套箱中300℃下退火10min得到钙钛矿薄膜。本实施例通过调整钙钛矿前驱体CsI、PbBr2、PbI2的加入比例，能够制备出不同的CsPbIxBr3-x钙钛矿，制备过程中可在100～350℃下退火处理。本实施例中制备钙钛矿前驱体溶液时混合搅拌的温度为50℃，实际操作中可以根据需要控制在30～100℃，目的是为了使前驱体溶液充分溶解。实施例2本实施例与实施例1的制备过程相同，不同之处在于，将涂覆有钙钛矿前驱体溶液的基片静置在真空度为10-1Pa的真空环境中，静置时间为15min，真空处理后在300℃下退火10min得到钙钛矿薄膜。实施例3本实施例与实施例1的制备过程相同，不同之处在于，将涂覆有钙钛矿前驱体溶液的基片静置在真空度为10-2Pa的真空环境中，静置时间为10min，真空处理后在300℃下退火10min得到钙钛矿薄膜。实施例4本实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种真空控制CsPbIxBr3‑x钙钛矿生长的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)取钙钛矿前驱体溶解于有机溶剂中，混合得到钙钛矿前驱体溶液；(2)取步骤(1)中的所述钙钛矿前驱体溶液涂覆于基片上；(3)将涂覆有所述钙钛矿前驱体溶液的基片置于真空环境中静置，后在氮气氛围中进行退火处理得到钙钛矿薄膜。

【技术特征摘要】
1.一种真空控制CsPbIxBr3-x钙钛矿生长的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)取钙钛矿前驱体溶解于有机溶剂中，混合得到钙钛矿前驱体溶液；(2)取步骤(1)中的所述钙钛矿前驱体溶液涂覆于基片上；(3)将涂覆有所述钙钛矿前驱体溶液的基片置于真空环境中静置，后在氮气氛围中进行退火处理得到钙钛矿薄膜。2.根据权利要求1所述的真空控制CsPbIxBr3-x钙钛矿生长的方法，其特征在于，步骤(3)中静置时间为5～60min。3.根据权利要求1所述的真空控制CsPbIxBr3-x钙钛矿生长的方法，其特征在于，步骤(2)中涂覆方式为旋涂，旋涂过程分为两步，第一步旋涂转速为500～1500rpm，第二步旋涂转速为2000～6000rpm。4.根据权利要求1-3任一项所述的真空控制CsPbIxBr3-x钙钛矿生长的方法，其特征在于，步骤(1)中所述钙钛矿前驱体为CsI、PbI2和PbBr2。5.根据权利要求1-3任一项所述的真空控制CsPbIxBr3-x钙钛矿生长的方法，其特征在于，步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：辇理，汪天怡，张笑晗，容齐坤，周国富，
申请(专利权)人：华南师范大学，深圳市国华光电科技有限公司，深圳市国华光电研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44