一种包含异构混合荧光标记材料的CsPbI3钙钛矿电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种包含异构混合荧光标记材料的CsPbI3钙钛矿电池及其制备方法，该方法在钙钛矿前驱体溶液中加入RBITC材料，旋涂后进行退火，RBITC中含有

【技术实现步骤摘要】
一种包含异构混合荧光标记材料的CsPbI3钙钛矿电池及其制备方法


[0001]本专利技术属于钙钛矿太阳能电池制备
，具体涉及一种包含异构混合荧光标记材料的CsPbI3钙钛矿电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]传统化石能源储量有限，且使用过程会导致环境污染、碳排放过高等突出问题。太阳能因其可再生性和清洁性成为一种较为理想的绿色能源，如何高效开发和利用太阳能成为当前关注的焦点。太阳能电池是一种把太阳能直接转化为电能的装置，为太阳能的开发与利用提供重要途径。钙钛矿太阳能电池是以钙钛矿材料作为吸光层的一种新型薄膜电池，其光电转化效率从2009年的3.8％提高至目前的26.1％，且钙钛矿电池的市场化正如火如荼地被推进，成为极具产业化应用前景的新型薄膜电池。
[0003]当前，高效率的钙钛矿电池主要以有机
‑
无机杂化钙钛矿作吸光层，但是有机组分受热和湿度影响容易逃逸，导致电池的稳定性差。用无机组分替代有机组分，构筑全无机组分的CsPbI3钙钛矿电池能大幅提高器件的稳定性。但是，全无机钙钛矿电池的光电转化效率偏低，主要是全无机钙钛矿成膜时易出现多种相变，导致内部缺陷较多。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种包含异构混合荧光标记材料的CsPbI3钙钛矿电池及其制备方法，以解决现有技术所制备的全无机CsPbI3钙钛矿太阳电池存在的缺陷较多、性能差的问题。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0006]一种包含异构混合荧光标记材料的钙钛矿电池的制备方法，将钙钛矿前驱体溶液涂覆在电子传输层表面后进行退火处理，获得钙钛矿吸收层；
[0007]所述钙钛矿前驱体溶液的溶质为HPbI3、CsI和RBITC，溶剂为DMF和DMSO的混合溶剂。
[0008]本专利技术的进一步改进在于：
[0009]优选的，所述钙钛矿前驱体溶液中RBITC的浓度为0.25mg/mL～2mg/mL。
[0010]优选的，溶剂中DMF和DMSO的体积比为8.5:1.5。
[0011]优选的，所述HPbI3和CsI的摩尔比为0.745:0.825。
[0012]优选的，所述钙钛矿前驱体溶液通过旋涂工艺涂覆在电子传输层。
[0013]优选的，所述旋涂工艺包括两个阶段，第一阶段转速为500～1000rpm/s，旋涂时间为5～20s；第二阶段转速为2000～3000rpm/s，旋涂时间为30～50s。
[0014]优选的，所述退火温度为150～190℃，退火时间为40～60min。
[0015]一种包含异构混合荧光标记材料的钙钛矿电池，所述钙钛矿电池包括从下到上依次设置的导电玻璃、电子传输层、钙钛矿吸收层、空穴传输层和金膜；
[0016]所述钙钛矿吸收层为CsPbI3，所述钙钛矿吸收层中添加了RBITC药品。
[0017]优选的，所述电子传输层为TiO2，空穴传输层为Spiro
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OMeTAD。
[0018]优选的，所述电子传输层的厚度为40
‑
50nm。
[0019]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0020]本专利技术公开了一种包含异构混合荧光标记材料的CsPbI3钙钛矿电池的制备方法，该方法在钙钛矿前驱体溶液中加入RBITC材料，旋涂后进行退火，RBITC中含有
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SCN、
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COOH、
‑
N
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R等基团；在钙钛矿薄膜退火过程中，
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SCN转变为HSCN，以气体的形式挥发，挥发过程调控了钙钛矿结晶过程，会延缓结晶过程，所制的薄膜缺陷少，RBITC中的
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COOH还会与钙钛矿薄膜中的铅、碘等相关缺陷以路易斯酸碱或氢键的方式作用，降低薄膜缺陷态密度、减少非辐射复合损失、提高电池效率。但是羧基因为是亲水性，使得制备出来的钙钛矿吸收层疏水性不好，本专利技术中RBITC的
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N
‑
R含有强疏水的基团，能阻碍水分子对钙钛矿的影响，进一步提高电池的环境稳定性。因此，基于RBITC构筑的全无机CsPbI3钙钛矿电池，光电转化效率从18.41％提高至20.41％，未封装电池在空气中放置980h，仍能保持初始效率的89.14％。
[0021]本专利技术还公开了一种包含异构混合荧光标记材料的钙钛矿电池，该钙钛矿电池中钙钛矿吸收层晶体因为钝化作用，使得钛矿薄膜质量更好，薄膜孔洞减少，更加致密，晶粒尺寸变大。
附图说明
[0022]图1是本专利技术制备的全无机钙钛矿太阳能电池的结构示意图；
[0023]图中：1为导电玻璃，2为电子传输层，3为钙钛矿吸收层，4为空穴传输层，5为金属电极；
[0024]图2是本专利技术实施例1中所述的添加和未添加RBITC的无机钙钛矿太阳能电池的性能对比图；
[0025]图3是本专利技术实施例1中所述的添加和未添加RBITC的无机钙钛矿太阳能电池的平面SEM扫描图；其中，(a)图为未添加RBITC的钙钛矿薄膜的平面SEM扫描图；(b)图为添加RBITC(0.5mg/mL)的钙钛矿薄膜的平面SEM扫描图；
[0026]图4是本专利技术实施例1中所述的添加和未添加RBITC的无机钙钛矿太阳能电池的XRD对比图；
[0027]图5是本专利技术实施例1中Pb
2+
、I
‑
、Cs
+
与RBITC之间的XPS作用机理图；其中，(a)图为未添加和添加RBITC的钙钛矿薄膜中的Pb
2+
的XPS图；(b)图为纯CsI和添加RBITC的CsI两种溶液中I
‑
的XPS图；(c)图为纯CsI和添加RBITC的CsI两种溶液中Cs
+
的XPS图；
[0028]图6是本专利技术实施例1中所述的添加和未添加RBITC的无机钙钛矿太阳能电池的UPS图；
[0029]图7是本专利技术实施例1中所述的添加和未添加RBITC的无机钙钛矿太阳能电池的效率稳定性对比图；
[0030]图8是本专利技术实施例1中所述的添加和未添加RBITC的无机钙钛矿薄膜的空气稳定性XRD对比图；
[0031]图9是本专利技术实施例5中所述的随RBITC药品浓度增大的钙钛矿薄膜的接触角对比
图；
[0032]图10是本专利技术实施例5中所述的随RBITC药品浓度增大的钙钛矿薄膜的PL对比图；
[0033]图11是本专利技术实施例5中所述的随RBITC药品浓度增大的钙钛矿薄膜中载流子寿命(TRPL)对比图。
具体实施方式
[0034]下面结合附图和具体的实施例对本专利技术做进一步详细描述：
[0035]本专利技术的实施例之一为公开了一种异构混合荧光标记材料优化CsPbI3钙钛矿电池的方法，包括以下步骤：
[0036]步骤1，清洗导电玻璃基底；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种包含异构混合荧光标记材料的钙钛矿电池的制备方法，其特征在于，将钙钛矿前驱体溶液涂覆在电子传输层表面后进行退火处理，获得钙钛矿吸收层；所述钙钛矿前驱体溶液的溶质为HPbI3、CsI和RBITC，溶剂为DMF和DMSO的混合溶剂。2.根据权利要求1所述的一种包含异构混合荧光标记材料的钙钛矿电池的制备方法，其特征在于，所述钙钛矿前驱体溶液中RBITC的浓度为0.25mg/mL～2mg/mL。3.根据权利要求1所述的一种包含异构混合荧光标记材料的钙钛矿电池，其特征在于，溶剂中DMF和DMSO的体积比为8.5:1.5。4.根据权利要求1所述的一种包含异构混合荧光标记材料的钙钛矿电池，其特征在于，所述HPbI3和CsI的摩尔比为0.745:0.825。5.根据权利要求1所述的一种包含异构混合荧光标记材料的钙钛矿电池，其特征在于，所述钙钛矿前驱体溶液通过旋涂工艺涂覆在电子传输层。6.根据权利要求4所述的一种包含异构混合荧光标记材料的钙钛矿电池，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘治科，张娜，段玉伟，徐东方，杨少敏，刘生忠，
申请(专利权)人：陕西师范大学，
类型：发明
国别省市：