一种制备高稳定性CsPbI2Br钙钛矿太阳能电池方法技术

本发明专利技术提供了一种制备高稳定性CsPbI2Br钙钛矿太阳能电池方法。CsPbI2Br具有1.92 eV的带隙，高达650 nm的可见光吸收光谱范围以及相当好的热稳定性。在权衡光吸收特性和稳定性之后，它是一种制备钙钛矿太阳能电池不错的选择。但是其湿度稳定性较差，也成了制约其进一步发展的重要原因，尤其是其薄膜表面与空气直接接触，空气中的水分侵蚀薄膜导致钙钛矿晶体受到破坏。通过将SbI3加入钙钛矿前驱体溶液，Sb元素在旋涂过程中自发向上到达钙钛矿薄膜表面，形成氧化疏水层，且表层部分Sb元素钝化了缺陷，抑制了非辐射复合，从而提升了薄膜质量，使器件的性能和稳定性得到提升，未封装的电池器件放置在大气环境中（湿度在40

【技术实现步骤摘要】
一种制备高稳定性CsPbI2Br钙钛矿太阳能电池方法


[0001]本专利技术属于新能源
，具体涉及高稳定性CsPbI2Br钙钛矿太阳能电池制备。

技术介绍

[0002]太阳能作为一种新能源得到了广泛的关注，钙钛矿太阳能电池的发展也十分迅速，在众多研究人员的努力下，通过改善制备技术，结晶调制，界面调控等方法将电池的功率转换效率提升至25 .7 %。若想要实现商业化应用，还需要满足使用寿命长，制备成本低的条件。对有机无机复合钙钛矿太阳能电池而言，因为有机分子的不稳定性，导致电池器件在工作温度下容易降解失效，而全无机钙钛矿太阳能电池因为具有良好的热稳定性也受到了广泛关注。但是其在高湿度环境下稳定性较差的问题极大的制约了其商业化，因此采用一些方法提升其稳定性是一个至关重要的问题。
[0003]为了解决此问题，我们，提出一种Sb添加放置退火的制备技术，其工艺简单，并且对CsPbI2Br钙钛矿太阳能电池湿度稳定性有极大提升。此专利技术中Sb离子在旋涂放置过程中均匀分布在钙钛矿薄膜表面，并且随着退火与空气中的氧气反应生成氧化锑，成功制备出了高湿度稳定性的钙钛矿太阳能电池。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种制备高稳定性CsPbI2Br钙钛矿太阳能电池方法，利用SbI3作为添加剂加入钙钛矿前驱液中，SbI3在退火过程中形成了氧化层隔绝空气中的水分对钙钛矿薄膜的侵蚀，方法的核心是一种SbI3添加剂提升钙钛矿太阳能电池的稳定性的方法。
[0005]本专利技术的技术方案包括以下步骤：
[0006]（1）制备CsPbI2Br钙钛矿前驱体溶液。
[0007]（2）在前驱体溶液中加入SbI3添加剂。
[0008]（3）制备FTO/SnO2/CsPbI2Br (SbI3)/Carbon钙钛矿太阳能电池。
[0009]优选的，步骤(1)中，前驱体溶液配比为PbI2：PbBr2：CsI=0.5 mol/L：0.5 mol/L：1 mol/L。
[0010]优选的，步骤(2)中，SbI3的用量比跟步骤跟步骤(1)中PbI2摩尔比为0.02：1。
[0011]优选的，步骤(3)中，CsPbI2Br (SbI3)层在氮气环境下旋涂，旋涂过程分两步，第一步500转/分，时间为10秒，第二步3000转/分，时间为20秒。旋涂结束后在氮气环境中放置40 min，随后取出，在烤台上280 ℃退火8分钟。
[0012]本专利技术将SbI3作为添加剂引入钙钛矿前驱体溶液中，通过图3我们看到对照组的样品表面分布着钙钛矿晶粒，但是实验组的薄膜表面分布小晶粒，因此我们认为Sb在旋涂的过程中集中在钙钛矿薄膜的表面，通过氮气中的放置使Sb元素在表面均匀分布，通过图2不同刻蚀深度X射线光电子能谱看出Sb从氮气环境中取出后在退火过程中与空气中的氧气
反应形成了Sb2O3，避免了钙钛矿薄膜表面与空气直接接触，钝化其表面缺陷，提高了CsPbI2Br钙钛矿太阳能电池的稳定性。本专利技术的实验方法不仅对CsPbI2Br体系太阳能电池稳定性有提升，也为解决全无机体系钙钛矿太阳能电池稳定性较差的问题提供了一种思路。
附图说明
[0013]图例1为有无SbI3两种情况钙钛矿太阳能电池稳定性测试图。
[0014]图例2为SbI3添加后X射线光电子能谱图。
[0015]图例3为有无SbI3两种情况钙钛矿扫描电子显微镜图。
[0016]图例4为有无SbI3两种情况钙钛矿太阳能电池性能参数分布图。
实施方式
[0017]实验例1：
[0018]步骤1：FTO透明导电衬底经过去离子水，丙酮，异丙醇和无水乙醇清洗，各个步骤均超声30 min，在所述FTO透明导电衬底的正面旋涂SnO2溶液，接着进行第一次退火处理，以形成SnO2电子传输层，在所述步骤中，旋涂的转速为4000转/分钟，旋涂的时间为30秒，所述第一次退火处理的温度为150 ℃，所述第一次退火处理的时间为30分钟。
[0019]步骤二，将0 .1153 g PbI2，0 .0917 g PbBr2和0.1299 g CsI溶于620 uL DMSO与DMF（体积比为7:3）溶液中，搅拌4 h , 溶解形成澄清溶液。
[0020]步骤三，在常温下，氮气氛围中通过一步反溶剂法旋涂在SnO2基底，旋涂过程分为两步，第一步旋涂的转速为500转/分，时间为10s，第二步旋涂的转速为3000转/分，时间为20 s。
[0021]步骤四，将旋涂完成的片子在氮气环境中放置40 min。
[0022]步骤五，将放置完成的片子从氮气环境中取出，转移到280 ℃烤台上退火8 min。
[0023]步骤六，在器件表面刮涂一层碳浆，放在150 ℃的烤台上退火20 min，形成碳电极。
[0024]上述方法制备的钙钛矿太阳能电池的稳定性较差，开路电压为1.24 V，短路电流为13.98 mA/cm2，填充因子为51 %，光电转换效率为8.89 %（如图4），将未封装的电池器件放置在大气环境中（湿度在40
‑
65 %之间变化，室温条件）经过250个小时的测试，效率只能维持在初始效率的40 %（如图1），这说明器件已经发生大量分解。
[0025]实验例2：
[0026]具体实验过程如实验例1所示，其中步骤三中先将0.005 g SbI3加入钙钛矿前驱液，并使其均匀混合。
[0027]上述方法制备的钙钛矿太阳能电池的稳定性有极大提升，开路电压为1.18 V，短路电流为14.79 mA/cm2，填充因子为55 %，光电转换效率为9.55 % (如图4)，将未封装的电池器件放置在大气环境中（湿度在40
‑
65 %之间变化，室温条件）经过250个小时的测试，效率仍然维持在初始效率的90 %(如图1)。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制备高稳定性CsPbI2Br钙钛矿太阳能电池方法，其特征在于一步制备CsPbI2Br钙钛矿薄膜过程中，通过将SbI3加入钙钛矿前驱液中，在氮气环境旋涂过程中Sb元素在钙钛矿薄膜表面富集，转移到大气环境中退火时形成氧化层，提升了钙钛矿太阳能电池的稳定性。2.一种如权利要求1所述制备高稳定性钙钛矿太阳能电池的步骤包括如下：(1)在钙钛矿前驱体溶液中加入SbI3；(2)在氮气环境下旋涂前驱体溶液在基底材料上；(3)将器件在氮气环境中放置40 min后...

【专利技术属性】
技术研发人员：王多发，张乐，章天金，邢楚武，
申请(专利权)人：湖北大学，
类型：发明
国别省市：