一种基于无机CsPbI2Br粉末的钙钛矿太阳能电池及其制备方法技术

一种基于无机CsPbI2Br粉末的钙钛矿太阳能电池及其制备方法，属于光电材料和光电器件技术领域。依次由ITO导电玻璃衬底、ZnO电子传输层、CsPbI2Br无机钙钛矿光活性层、Spiro

A perovskite solar cell based on inorganic cspbi2br powder and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种基于无机CsPbI2Br粉末的钙钛矿太阳能电池及其制备方法


[0001]本专利技术属于光电材料和光电器件
，具体涉及一种基于无机CsPbI2Br粉末的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]有机
‑
无机金属卤化物钙钛矿材料具有光吸收系数高、载流子扩散距离长和迁移率高等诸多优点，是一类优异的光电材料，目前已在太阳能电池、发光二极管和光电探测领域展现出巨大的应用潜力。近年来，有机
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无机杂化钙钛矿太阳能电池效率已超过25％，可以与商业化的硅基太阳能电池相媲美。但受到钙钛矿材料本身性质的限制，器件的热稳定较差。为了克服有机
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无机杂化钙钛矿受热易分解的缺点，全无机钙钛矿材料及无机钙钛矿太阳能电池被广泛研究。其中，CsPbI2Br由于具有合理的带隙以及良好的相稳定性受到更多关注。溶液法制备钙钛矿薄膜的质量对前驱体溶液的依赖性极大，前驱体溶液配制过程中导致的化学计量比偏差和非钙钛矿杂质引入都将会影响钙钛矿薄膜的结晶并形成缺陷，进而影响钙钛矿薄膜的光电性质并导致较差的相稳定性，使高效、稳定、可重复的钙钛矿电池器件制备变得非常困难。因此，通过预先合成无机CsPbI2Br钙钛矿粉末，改善钙钛矿薄膜结晶性并增强相稳定性，将是提高器件效率和可重复性的有效途径。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种基于无机CsPbI2Br粉末的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。本专利技术采用预先合成的CsPbI2Br钙钛矿粉末能够解决化学计量比偏差和非钙钛矿杂质引入等问题，改善钙钛矿薄膜的结晶质量，从而实现高效、稳定和可重复的无机钙钛矿太阳能电池器件。
[0004]本专利技术第一方面提供了一种无机CsPbI2Br钙钛矿粉末的合成方法，包括：将材料1分散于反应溶剂中并搅拌，然后将材料2缓慢加入到材料1溶液中，得到混合溶液；将混合溶液在室温条件下搅拌20～28小时，使两种材料充分反应并产生沉淀；将所得沉淀离心、清洗、重结晶，40～80℃条件下真空干燥20～28小时；干燥结束后即得到无机CsPbI2Br钙钛矿粉末。
[0005]进一步地，所述材料1为CsBr和CsI中的一种，所述材料2为等摩尔的PbI2和PbBr2的混合物或单一PbI2。
[0006]进一步地，所述材料1溶液中，材料1的摩尔浓度为0.5～0.8M。
[0007]进一步地，所述材料1与材料2的摩尔比为1.1～1.3：1。
[0008]进一步地，所述反应溶剂为乙腈、乙醇、甲醇、异丙醇中的一种，清洗时使用的溶剂与反应溶剂相同；所述重结晶使用的溶剂为乙醚。
[0009]本专利技术第二方面提供了一种基于无机CsPbI2Br粉末的钙钛矿太阳能电池，其特征在于：从下至上，依次由ITO(氧化铟锡)导电玻璃衬底(ITO作为器件阴极)、ZnO电子传输层、
CsPbI2Br无机钙钛矿光活性层、Spiro
‑
OMeTAD(2,2',7,7'
‑
四
‑
(二甲氧基二苯胺)
‑
螺芴)空穴传输层、Au电极(Au作为器件阳极)构成；其中，ITO导电薄膜的厚度为80～150nm，ZnO电子传输层的厚度为15～30nm，CsPbI2Br无机钙钛矿光活性层的厚度为250～350nm，Spiro
‑
OMeTAD空穴传输层的厚度为100～200nm，Au电极的厚度为60～80nm；器件的结构示意图如图1所示。
[0010]本专利技术所述的基于无机CsPbI2Br粉末的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其步骤如下：
[0011](1)ITO导电玻璃衬底清洗
[0012]将ITO导电玻璃衬底依次置于去离子水、丙酮和异丙醇中，分别超声清洗15～20分钟，然后氮气吹干；
[0013](2)溶液旋涂法制备ZnO电子传输层
[0014]配制浓度为6～8mg/mL的ZnO正丁醇溶液，将该溶液旋涂于步骤(1)得到的干净ITO导电玻璃衬底表面，旋涂转速为2000～3000转/分钟，旋涂时间为30～50秒；然后于室温下放置20～30分钟待溶剂挥发完全，从而在ITO导电玻璃衬底上得到厚度15～30nm的ZnO电子传输层；
[0015](3)溶液旋涂法制备CsPbI2Br钙钛矿光活性层
[0016]将0.8～1.2mmol无机CsPbI2Br钙钛矿粉末溶于0.1～0.2mL二甲基甲酰胺(DMF)和0.8～1.0mL二甲基亚砜(DMSO)的混和溶剂中，获得钙钛矿前驱溶液；然后将该钙钛矿前驱溶液旋涂于步骤(2)得到的ZnO电子传输层表面，旋涂转速为2000～5000转/分钟，旋涂时间为30～60秒，在旋涂结束前的第25～15秒内向旋转的表面滴加0.1～0.6mL的乙醚、甲苯、乙酸乙酯或氯苯作为反溶剂；最后在45～55℃下预结晶1～2分钟，然后在160～200℃下退火8～12分钟，得到厚度为250～350nm的钙钛矿光活性层；
[0017](4)溶液旋涂法制备Spiro
‑
OMeTAD空穴传输层
[0018]将500～550mg的LiTFSI(双三氟甲烷磺酰亚胺锂)溶解于1mL乙腈，得到LiTFSI的乙腈溶液；再量取17.5μL LiTFSI的乙腈溶液、50～75mg Spiro
‑
OMeTAD和20～30μL 4
‑
叔丁基吡啶溶解于1mL氯苯中，搅拌10～15小时得到Spiro
‑
OMeTAD空穴传输层溶液；将Spiro
‑
OMeTAD空穴传输层溶液旋涂于步骤(3)得到的CsPbI2Br钙钛矿光活性层表面，旋涂转速为1500～3000转/分钟，旋涂时间为20～40秒，得到厚度100～200nm的Spiro
‑
OMeTAD空穴传输层；
[0019](5)真空蒸镀法制备Au电极
[0020]在真空度为3
×
10
‑4～6
×
10
‑4Pa条件下，在步骤(4)得到的Spiro
‑
OMeTAD空穴传输层表面蒸镀60～80nm厚的Au电极，从而得到本专利技术所述的基于无机CsPbI2Br粉末的钙钛矿太阳能电池。
附图说明
[0021]图1：本专利技术所述器件的结构示意图，器件的各部分名称分别为：玻璃衬底1、ITO导电薄膜2、ZnO电子传输层3、钙钛矿光活性层4、Spiro
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OMeTAD空穴传输层5、Au电极6；
[0022]图2：本专利技术实施例1～3和对比例1所制备钙钛矿太阳能电池的电流密度
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电压曲线，其中，曲线1表示实施例1中所制备钙钛矿太阳能电池器件的电流密度
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电压曲线；曲线2
表示实施例2中所制备钙钛矿太阳能电池器件的电流密度
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电压曲线；曲线3表示实施例3中所制备钙钛矿太阳能电池器件的电流密度
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于无机CsPbI2Br粉末的钙钛矿太阳能电池，其特征在于：从下至上，依次由ITO导电玻璃衬底、ZnO电子传输层、CsPbI2Br无机钙钛矿光活性层、Spiro
‑
OMeTAD空穴传输层、Au电极构成；其中，是将材料1分散于反应溶剂中并搅拌，然后将材料2缓慢加入到材料1溶液中，得到混合溶液；将混合溶液在室温条件下搅拌20～28小时，使两种材料充分反应并产生沉淀；将所得沉淀离心、清洗、重结晶，40～80℃条件下真空干燥20～28小时；干燥结束后得到无机CsPbI2Br钙钛矿粉末；材料1为CsBr和CsI中的一种，材料2为等摩尔的PbI2和PbBr2的混合物或单一PbI2；Spiro
‑
OMeTAD为2,2',7,7'
‑
四
‑
(二甲氧基二苯胺)
‑
螺芴。2.如权利要求1所述的一种基于无机CsPbI2Br粉末的钙钛矿太阳能电池，其特征在于：所述反应溶剂为乙腈、乙醇、甲醇、异丙醇中的一种，清洗时使用的溶剂与反应溶剂相同，重结晶时使用的溶剂为乙醚。3.如权利要求1所述的一种基于无机CsPbI2Br粉末的钙钛矿太阳能电池，其特征在于：材料1溶液中，材料1的摩尔浓度为0.5～0.8M，材料1与材料2的摩尔比为1.1～1.3：1。4.如权利要求1所述的一种基于无机CsPbI2Br粉末的钙钛矿太阳能电池，其特征在于：ITO导电薄膜的厚度为80～150nm，ZnO电子传输层的厚度为15～30nm，CsPbI2Br无机钙钛矿光活性层的厚度为250～350nm，Spiro
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OMeTAD空穴传输层的厚度为100～200nm，Au电极的厚度为60～80nm。5.权利要求1～4任何一项所述的基于无机CsPbI2Br粉末的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其步骤如下：(1)ITO导电玻璃衬底清洗将ITO导电玻璃衬底依次置于去离子水、丙酮和异丙醇中，分别超声清洗15～20分钟，然后氮气吹干；(2)溶液旋涂法制备ZnO电子传输层配制浓度为6～8mg/mL的ZnO正丁醇溶液，将该溶液旋涂于步骤(1)得到的干净ITO导电玻...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘春雨，李卓伟，郭文滨，任冠华，韩文斌，邓艳宇，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：