一种全无机钙钛矿薄膜的界面修饰方法及薄膜技术

本发明专利技术公开了一种全无机钙钛矿薄膜的界面修饰方法及薄膜，是在CsPbI2Br全无机钙钛矿薄膜上用小分子界面修饰剂进行修饰，该小分子界面修饰剂为3

【技术实现步骤摘要】
一种全无机钙钛矿薄膜的界面修饰方法及薄膜


[0001]本专利技术属于太阳能电池的修饰
，具体涉及全无机钙钛矿薄膜的界面修饰方法及薄膜。

技术介绍

[0002]随着社会经济的发展，环境污染以及能源匮乏等问题日益严重，利用清洁的可再生的太阳能是解决该问题的有效方法之一。开发光电转换装置是重要的环节，硅太阳能电池由于能耗大且工艺复杂，其发展受到一定的限制。钙钛矿太阳能电池是目前最具潜力的光伏发电技术之一，铅卤钙钛矿材料具有优异的光电化学性能和电学性能，如高光吸收系数、低的激子结合能、长的电荷载流子扩散长度、高的缺陷容忍度等。虽然太阳能电池的效率迅速提高，但是其稳定性问题仍然不容忽视。对于有机
‑
无机杂化钙钛矿太阳能电池，甲胺离子(MA
+
)、甲脒离子(FA
+
)等有机组分的引入能提高其对水分的抵抗能力，但是有机阳离子易挥发、热稳定性差不利于其商业化。无机钙钛矿太阳能电池中的CsPbI3材料带隙(1.73eV)窄，适合用作钙钛矿太阳能电池的光吸收层，但是具有光学活性的α相(黑相)在室温容易转变为非光学活性的δ相(黄相)；同时，虽然CsPbBr3的湿度稳定性良好，但是宽带隙(2.3eV)严重影响其对可见光的吸收。以CsPbI2Br为代表的混合卤化物钙钛矿具有合适的带隙(1.92eV)，用I
‑
部分代替Br
‑
能很好地平衡光吸收和湿度稳定性，在钙钛矿太阳能电池方面的应用有较大的潜力。近年来CsPbI2Br钙钛矿太阳能电池发展迅速，但是CsPbI2Br全无机钙钛矿太阳能电池仍存在一系列问题：
①
CsPbI2Br钙钛矿太阳能电池中未配位的Pb
2+
和Cs
+
会成为电荷陷阱，捕获光生载流子，使电荷积聚在界面，引发严重的非辐射复合，造成严重的能量损失，影响器件的性能。
②
CsPbI2Br钙钛矿太阳能电池对环境的敏感度较高，尤其是在湿度较大环境中易发生相变而失去光学活性，从而影响器件的光电性能。
[0003]本专利技术所采用的界面修饰剂含有N
‑
H官能团，该官能团中的H可以与I
‑
和Br
‑
通过氢键发生反应，并且N
‑
H官能团中的N可以与未配位的Pb
2+
和Cs
+
进行配位，从而降低CsPbI2Br钙钛矿薄膜表面的缺陷态密度，改善CsPbI2Br钙钛矿薄膜的结晶性，降低CsPbI2Br钙钛矿薄膜的非辐射复合。本专利技术中的界面修饰剂3
‑
溴
‑
N
‑
甲基苄胺含有溴基团，有助于形成偶极夹层来调控能带结构，从而促进空穴的传输和收集。另外溴基团和苯环结构，具有一定的疏水性，能够阻挡水分子的入侵，延缓CsPbI2Br钙钛矿薄膜的降解，在一定程度上可以提高CsPbI2Br钙钛矿薄膜的空气稳定性。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种全无机钙钛矿薄膜的界面修饰方法及薄膜，利用3
‑
溴
‑
N
‑
甲基苄胺作为修饰剂通过特定方法对全无机钙钛矿薄膜的界面进行修饰，可改善CsPbI2Br全无机钙钛矿薄膜的质量及其稳定性，方法核心是一种基于平面结构的CsPbI2Br全无机钙钛矿薄膜的界面修饰工艺。这种小分子界面修饰的全无机钙钛矿薄膜可以应用于钙钛矿太阳能电池。
[0005]本专利技术的技术方案为：一种全无机钙钛矿薄膜的界面修饰方法，是在CsPbI2Br全无机钙钛矿薄膜表面上旋涂界面修饰剂，该界面修饰剂为3
‑
溴
‑
N
‑
甲基苄胺。其制备方法包括以下步骤：(1)制备透明导电基底/SnO2/SnCl2/CsPbI2Br薄膜。(2)称取界面修饰剂溶于异丙醇中，搅拌至完全溶解，获得界面修饰剂/异丙醇溶液，将界面修饰剂/异丙醇溶液旋涂在步骤(1)制备的透明导电基底/SnO2/SnCl2/CsPbI2Br薄膜上，恒温退火一定时间，获得透明导电基底/SnO2/SnCl2/CsPbI2Br/界面修饰剂薄膜。
[0006]进一步的，步骤(2)中界面修饰剂/异丙醇溶液的质量浓度不超过5mg/mL，搅拌温度为15～40℃，搅拌时间为50～150min。
[0007]进一步的，步骤(2)中所述界面修饰剂/异丙醇溶液的旋涂体积为100～150μL，旋涂速度为2000～5000rpm，旋涂时间为10s～60s。
[0008]进一步的，步骤(2)中所述的恒温退火温度为50～150℃，退火时间为1～5min。
[0009]以透明导电基底为FTO为例(并不限于FTO)，本专利技术的制备方法包括以下步骤：(1)制备FTO/SnO2/SnCl2/CsPbI2Br薄膜。(2)将适量的3
‑
溴
‑
N
‑
甲基苄胺溶于一定体积的异丙醇中，在15～40℃条件下使用磁力搅拌器搅拌至完全溶解，获得浓度为0～5mg/mL的3
‑
溴
‑
N
‑
甲基苄胺/异丙醇溶液。将体积为100～150μL的3
‑
溴
‑
N
‑
甲基苄胺/异丙醇溶液旋涂在步骤(1)制备的FTO/SnO2/SnCl2/CsPbI2Br薄膜上，3
‑
溴
‑
N
‑
甲基苄胺的旋涂速度为2000～5000rpm，旋涂时间为10～60s。随后将薄膜置于恒温加热台上在50～150℃下退火1～5min，获得FTO/SnO2/SnCl2/CsPbI2Br/3
‑
溴
‑
N
‑
甲基苄胺薄膜。
[0010]上述步骤(2)中，所述的3
‑
溴
‑
N
‑
甲基苄胺,纯度97％(色谱纯GC)。
[0011]上述的FTO导电玻璃的规格为20mm*25mm,方块电阻为14Ω，透光率≥90％。
[0012]本专利技术将3
‑
溴
‑
N
‑
甲基苄胺作为界面修饰剂旋涂在CsPbI2Br全无机钙钛矿薄膜的表面。在CsPbI2Br薄膜的表面引入N
‑
H官能团通过氢键与I
‑
和Br
‑
反应，并且N
‑
H官能团中的N可以与未配位的Pb
2+
和Cs
+
进行配位，从而钝化钙钛矿薄膜的缺陷。3
‑
溴
‑
N
‑
甲基苄胺修饰剂中的溴基团可以使偶极性增强来促进电荷的提取，疏水性溴基团和苯环有利于抑制水分渗入导致的钙钛矿薄膜降解过程。研究结果表明，本专利技术中通过利用3
‑
溴
‑
N...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种全无机钙钛矿薄膜的界面修饰方法，其特征在于，是在CsPbI2Br全无机钙钛矿薄膜表面上旋涂小分子界面修饰剂，该界面修饰剂为3
‑
溴
‑
N
‑
甲基苄胺。2.根据权利要求1所述的全无机钙钛矿薄膜的界面修饰方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)制备透明导电基底/SnO2/SnCl2/CsPbI2Br薄膜；(2)称取界面修饰剂溶于异丙醇中，搅拌至完全溶解，获得界面修饰剂/异丙醇溶液，将界面修饰剂/异丙醇溶液旋涂在步骤(1)制备的透明导电基底/SnO2/SnCl2/CsPbI2Br薄膜上，恒温退火一定时间，获得透明导电基底/SnO2/SnCl2/CsPbI2...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟敏，姜彦钰，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：发明
国别省市：