一种利用苯基硫脲双功能添加剂提高钙钛矿太阳能电池光电性能和稳定性的方法技术

一种利用苯基硫脲双功能添加剂提高钙钛矿太阳能电池光电性能和稳定性的方法，该钙钛矿太阳能电池包括FTO玻璃基片、TiO2致密层、TiO2介孔层、CsPbIBr2钙钛矿膜层和碳电极，CsPbIBr2钙钛矿膜层制备如下：将PbBr2与CsI在溶于二甲基亚砜中，然后加入苯基硫脲溶解，得到前驱体溶液；在FTO玻璃片表面制备TiO2致密层和TiO2介孔层，预热，采用旋涂法将前驱体溶液旋涂到其TiO2介孔层表面，然后在150℃～300℃下，热处理，形成CsPbIBr2钙钛矿膜层。优点是：方法简单，容易操作，通过提高CsPbIBr2钙钛矿膜的质量和稳定性，制备稳定的高效率CsPbIBr2钙钛矿太阳能电池。钙钛矿太阳能电池。钙钛矿太阳能电池。

【技术实现步骤摘要】
一种利用苯基硫脲双功能添加剂提高钙钛矿太阳能电池光电性能和稳定性的方法


[0001]本专利技术涉及一种利用苯基硫脲双功能添加剂提高钙钛矿太阳能电池光电性能和稳定性的方法，特别涉及一种利用苯基硫脲双功能添加剂提高无机CsPbIBr2钙钛矿太阳能电池光电性能和稳定性的方法。

技术介绍

[0002]无机CsPbIBr2钙钛矿由于具有较高的稳定性和2.03eV合适的带隙，被认为是一种较有前景的太阳能电池吸光材料，可广泛应用于叠层和半透明太阳能电池。2016年，采用双源热蒸发法制备的CsPbIBr2钙钛矿太阳能电池光电转换效率为4.7％。同年，采用喷涂溶液沉积法制备的CsPbIBr2钙钛矿太阳能电池效率达到6.3％。2018年，Zhu等采用分子交换法制备了致密的CsPbIBr2钙钛矿膜，所组装的碳基CsPbIBr2钙钛矿太阳能电池的光电转换效率达到9.16％。2021年，Tang等在碳基CsPbIBr2钙钛矿太阳能电池中引入(NiCo)1‑
y
Fe
y
O
x
/氧化石墨混合体系以提高空穴分离和传输效率，使碳基CsPbIBr2钙钛矿太阳能电池的效率提高到10.95％。
[0003]虽然，CsPbIBr2钙钛矿太阳能电池的研究取得了较大的进展，但其效率还明显偏低，与理论值相比还有较大差距。CsPbIBr2钙钛矿太阳能电池光电转换效率偏低的一个关键原因是所制备的CsPbIBr2钙钛矿膜质量较差，存在大量的缺陷，从而在CsPbIBr2钙钛矿太阳能电池内引起严重的电荷复合。同时，CsPbIBr2钙钛矿膜易受水汽的影响发生相变，这也降低了CsPbIBr2钙钛矿太阳能电池的性能。因此，提高CsPbIBr2钙钛矿膜质量和稳定性成为进一步提高CsPbIBr2钙钛矿太阳能电池光电性能和稳定性的关键。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是提供一种利用苯基硫脲双功能添加剂提高钙钛矿太阳能电池光电性能和稳定性的方法，方法简单，容易操作，通过提高CsPbIBr2钙钛矿膜的质量和稳定性，制备稳定的高效率CsPbIBr2钙钛矿太阳能电池。
[0005]本专利技术的技术方案是：一种利用苯基硫脲双功能添加剂提高钙钛矿太阳能电池光电性能和稳定性的方法，所述钙钛矿太阳能电池包括FTO玻璃基片，在FTO玻璃基片上依次设有TiO2致密层、TiO2介孔层、CsPbIBr2钙钛矿膜层和碳电极，其特殊之处在于：所述CsPbIBr2钙钛矿膜层的制备过程如下：(1)配制CsPbIBr2钙钛矿前驱体溶液将PbBr2与CsI在70℃下通过搅拌溶于二甲基亚砜(DMSO)中，形成浓度为0.7mol/L～1.2mol/L的PbBr2和CsI混合溶液；然后在PbBr2和CsI混合溶液中加入苯基硫脲(PTU)双功能添加剂，所述苯基硫脲的加入量占PbBr2和CsI总质量的1％～5％，搅拌溶解，得到CsPbIBr2钙钛矿前驱体溶液；
(2)制备CsPbIBr2钙钛矿膜层在FTO玻璃片表面依次制备TiO2致密层和TiO2介孔层，得到具有二氧化钛层的FTO玻璃片；将具有二氧化钛层的FTO玻璃片预热到50℃，采用旋涂法将CsPbIBr2钙钛矿前驱体溶液旋涂到其TiO2介孔层表面，旋涂速度为2500rpm，旋涂时间为30s，然后在150℃～300℃下，热处理5分钟～20分钟，形成CsPbIBr2钙钛矿膜层。
[0006]进一步的，所述PbBr2与CsI的摩尔比为1:1。
[0007]进一步的，所述苯基硫脲的加入量占PbBr2和CsI总质量的2％～3％。
[0008]进一步的，所述苯基硫脲的加入量占PbBr2和CsI总质量的2.5％。
[0009]进一步的，PbBr2和CsI混合溶液的浓度为0.85mo l/L～1.1mol/L。
[0010]进一步的，PbBr2和CsI混合溶液的浓度为1mol/L。
[0011]进一步的，制备TiO2致密层时，将浓度为0.15mol/L双(乙酰丙酮基)二异丙基钛酸酯乙醇溶液旋涂到清洁处理后的FTO玻璃表面，旋涂速度为4500rpm，旋涂时间为45s，然后在450℃下热处理30分钟，在FTO玻璃表面形成TiO2致密层。
[0012]进一步的，制备TiO2介孔层时，将乙醇稀释的TiO2胶体旋涂到TiO2致密层表面，乙醇稀释的TiO2胶体中乙醇与胶体重量比为15:1，旋涂速度是4000rpm，旋涂时间是30s，然后在450℃下热处理30分钟，在TiO2致密层表面形成TiO2介孔层。
[0013]本专利技术的有益效果：本专利技术以苯基硫脲(PTU)作为双功能添加剂加入CsPbIBr2钙钛矿前驱体溶液中，一方面，苯基硫脲(PTU)中的C＝S基团与前驱体溶液中的Pb
2+
之间可形成较强的相互作用(图1)，而苯基硫脲(PTU)中苯环的供电子特性能够提高C＝S基团的电子云密度(图2)，从而增加C＝S基团与前驱体溶液中的Pb
2+
之间的相互作用。因此，在CsPbIBr2前驱体中形成了亚稳态PTU
‑
PbBr2中间相复合物，这降低了CsPbIBr2钙钛矿的结晶速率，纯CsPbIBr2结晶10分钟完成，而加入苯基硫脲(PTU)后，结晶时间明显增加。降低的结晶速率有利于晶体充分生长；进而形成了缺陷少、结晶度高、颗粒尺寸大的高质量致密CsPbIBr2钙钛矿膜。另一方面，在CsPbIBr2钙钛矿膜热处理过程中，苯基硫脲(PTU)分解(图4)，导致硫掺入CsPbIBr2钙钛矿晶体中，硫的掺入极大增强了CsPbIBr2钙钛矿的稳定性；因此，双功能添加剂苯基硫脲(PTU)可以调控CsPbIBr2钙钛矿薄膜的结晶、制备硫掺杂CsPbIBr2钙钛矿薄膜，进而提高CsPbIBr2钙钛矿膜的质量和稳定性，制备稳定的高效率CsPbIBr2钙钛矿太阳能电池。用所制备的CsPbIBr2钙钛矿膜组装结构为FTO/TiO2/钙钛矿膜/碳层的碳基CsPbIBr2钙钛矿太阳能电池，电池未经任何优化，效率达到10.09％，比未加苯基硫脲(PTU)的CsPbIBr2钙钛矿电池提高了77％。而且，所制备的钙钛矿太阳能电池在空气环境下和高湿度(相对湿度85％)条件下表现出优异的稳定性。
附图说明
[0014]图1CsPbIBr2前驱体、PTU、PTU
‑
CsPbIBr2前驱体FTIR谱图；图2PTU的HOMO电子分布图；图3对比例1CsPbIBr2和实施例2PTU
‑
CsPbIBr2前驱体膜在200℃热处理结晶过程中不同时间点的照片；图4PTU的热分解曲线图；
图5本专利技术对比例1制备的CsPbIBr2钙钛矿膜SEM照片；图6是本专利技术对比例1(0wt％PTU)、实施例1(1wt％PTU)、实施例2(2.5wt％PTU)、实施例3(5wt％PTU)制备的CsPbIBr2钙钛矿膜的XRD图；图7是本专利技术实施例1中制备的CsPbIBr2钙钛矿膜的SEM照片；图8是本专利技术实施例2中制备的CsPbIBr2钙钛矿膜的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用苯基硫脲双功能添加剂提高钙钛矿太阳能电池光电性能和稳定性的方法，所述钙钛矿太阳能电池包括FTO玻璃基片，在FTO玻璃基片上依次设有TiO2致密层、TiO2介孔层、CsPbIBr2钙钛矿膜层和碳电极，其特征是：所述CsPbIBr2钙钛矿膜层的制备过程如下：(1)配制CsPbIBr2钙钛矿前驱体溶液将PbBr2与CsI在70℃下通过搅拌溶于二甲基亚砜(DMSO)中，形成浓度为0.7mo l/L～1.2mol/L的PbBr2和CsI混合溶液；然后在PbBr2和CsI混合溶液中加入苯基硫脲(PTU)双功能添加剂，所述苯基硫脲的加入量占PbBr2和CsI总质量的1％～5％，搅拌溶解，得到CsPbIBr2钙钛矿前驱体溶液；(2)制备CsPbIBr2钙钛矿膜层在FTO玻璃片表面依次制备TiO2致密层和TiO2介孔层，得到具有二氧化钛层的FTO玻璃片；将具有二氧化钛层的FTO玻璃片预热到50℃，采用旋涂法将CsPbIBr2钙钛矿前驱体溶液旋涂到其TiO2介孔层表面，旋涂速度为2500rpm，旋涂时间为30s，然后在150℃～300℃下，热处理5分钟～20分钟，形成CsPbIBr2钙钛矿膜层。2.根据权利要求1所述的利用苯基硫脲双功能添加剂提高钙钛矿太阳能电池光电性能和稳定性的方法，其特征是：所述PbBr2与CsI的摩尔比为1:1。3.根据权利要求1所述的利用苯基硫脲双功能添加剂提高钙钛矿太阳能电池光电性能和稳定性的方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：王桂强，张伟，毕佳宇，
申请(专利权)人：渤海大学，
类型：发明
国别省市：