【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于新材料技术以及新能源，具体涉及一种基于聚乙二醇衍生物修饰的全无机cspbibr2钙钛矿太阳能电池及其制备方法和应用。
技术介绍
1、金属卤化物钙钛矿材料由于具有光吸收系数高、载流子扩散距离长、带隙可调等优势，被认为是最理想的光吸收材料之一。在近十余年，钙钛矿太阳能电池的光电转换效率已由3.8%提升至目前认证的26.1%，是当前和未来太阳能光伏发电领域的前沿技术。
2、然而，由于有机组分（甲胺离子、甲脒离子）易挥发且易吸湿，有机-无机杂化钙钛矿材料在水、氧、光、热等环境下具有较差的结构稳定性，这严重制约了钙钛矿太阳能电池的商业化进程。相比之下，通过铯离子取代有机组分制备的无机钙钛矿材料cspbx3（x为氯、溴、碘）具有明显稳定的晶格结构，尤其是其热稳定性显著提高。其中，相比于高温依赖的立方相cspbi3（约350度）和光谱匹配率低的cspbbr3（带隙约2.3 ev），用br部分取代i有助于室温下稳定cspbx3光活性相，形成富含br的cspbibr2。
3、然而，无机cspbibr2钙钛矿材料也存在光诱导相偏析的难题，活化能最低的i离子移动形成的弗伦克尔缺陷（空穴-间隙离子对）是相偏析的主要原因。首先，这一过程使cspbibr2转变为窄带隙富i畴和宽带隙富br畴，产生局部晶格失配和残余应变。其次，富碘相大量存在于钙钛矿薄膜晶界处并积累在钙钛矿层与载流子传输层的界面处形成能垒，对混卤铯基钙钛矿的效率输出和长期稳定性产生双重威胁。因此，如何解决上述问题以及发展出低成本、高效率的全无机cspbib
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供了一种基于聚乙二醇衍生物修饰的全无机cspbibr2钙钛矿太阳能电池及其制备方法和应用，本专利技术可以从根本上提升无机cspbibr2钙钛矿薄膜的晶体质量及其本征稳定性，获得成本低、效率高、寿命长的全无机cspbibr2钙钛矿太阳能电池，具有良好的市场应用前景。
2、为实现上述专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
3、本专利技术提供了基于聚乙二醇衍生物修饰的全无机cspbibr2钙钛矿太阳能电池的制备方法，所述制备方法为：在导电玻璃基底上制备tio2致密层，并在tio2致密层上制备无机cspbibr2钙钛矿薄膜，再在cspbibr2钙钛矿薄膜表面上旋涂聚乙二醇衍生物修饰剂，再在cspbibr2/修饰剂薄膜表面刮涂碳浆料，组装成全无机cspbibr2钙钛矿太阳能电池。
4、进一步的：所述聚乙二醇衍生物修饰剂为氨基-聚乙二醇-巯基吡啶、甲氧基-聚乙二醇-氰尿酸、马来酰亚胺-聚乙二醇-硅烷中的至少一种；所述聚乙二醇衍生物修饰剂的分子量为400-4000 da。
5、进一步的，所述制备方法具体包括以下步骤：
6、(1) 配制浓度为0.1mol/l~1 mol/l的钛酸异丙酯乙醇溶液；
7、(2) 将所述钛酸异丙酯乙醇溶液旋涂在清洗干净的fto或ito导电玻璃基底上，经过退火，获得tio2致密层；
8、(3) 称取pbbr2、pbi2和csi溶解在二甲基亚砜中配制csi浓度为0.1~5.0 mol/l的钙钛矿前驱体溶液；
9、(4) 将步骤(3)制备的钙钛矿前驱体溶液旋涂在步骤(2)制备的tio2致密层表面，然后在较低温度下预退火后再在较高温度下继续退火，获得无机cspbibr2钙钛矿薄膜；
10、(5) 将聚乙二醇衍生物溶解在异丙醇中，获得修饰剂溶液，将修饰剂溶液旋涂在步骤(4)制备的无机cspbibr2钙钛矿薄膜表面，退火，获得聚乙二醇衍生物晶/界面修饰的无机cspbibr2钙钛矿薄膜；
11、(6) 在步骤(5)制备的cspbibr2/修饰剂薄膜表面刮涂碳浆料，组装成全无机cspbibr2钙钛矿太阳能电池。
12、进一步的：所述步骤(2)中所述钛酸异丙酯乙醇溶液的旋涂速度为4000～7000转/分钟，旋涂时间为10～30秒，退火温度为400～550度，退火时间为30～60分钟。
13、进一步的：所述步骤(3)中钙钛矿前驱体溶液中pbbr2的浓度为0.5~5 mol/l，pbi2的浓度为0.005~0.05mol/l。
14、进一步的：所述步骤(4)中钙钛矿前驱体溶液的旋涂分为两阶段：第一阶段的旋涂速度为1500～2000转/分钟，时间为10～20秒；第二阶段的旋涂速度为4000~6000转/分钟，时间为50～60秒。
15、进一步的：所述步骤(4)中，无机cspbibr2经过梯度退火成膜，首先在30～40度下预退火1～3分钟，然后在200～250度下退火5～8分钟。
16、进一步的：所述步骤(5)中修饰剂溶液中聚乙二醇衍生物的浓度范围为0.1mg/ml~1 mg/ml。
17、进一步的：所述步骤(5)中，修饰剂溶液旋涂速度为3500～4500转/分钟，持续时间25～35秒，在50~80度下退火1~3分钟。
18、本专利技术还提供了利用所述制备方法制得的基于聚乙二醇衍生物修饰的全无机cspbibr2钙钛矿太阳能电池。
19、进一步的：所述全无机cspbibr2钙钛矿太阳能电池的开路电压为1.3~1.4 v、短路电流为11~13 ma·cm-2、填充因子为0.70~0.75、光电转换效率为10~13%。
20、本专利技术还提供了所述的基于聚乙二醇衍生物修饰的全无机cspbibr2钙钛矿太阳能电池在作为太阳能光伏电池组件中的应用。
21、与现有技术相比，本专利技术的优点和技术效果是：
22、1、本专利技术充分利用聚乙二醇衍生物端基多样化特性，可有效修复无机cspbibr2钙钛矿薄膜中的空位缺陷，抑制光诱导相偏析不良效应并减少器件中载流子传输的能量损失以获得更高的开路电压。通过本专利技术的技术方案，已将全无机cspbibr2钙钛矿太阳能电池的光电转换效率提升至12%以上，技术效果显著。
23、2、本专利技术中充分利用聚乙二醇衍生物具有的低熔点、高沸点、共轭结构等物化特性，在光、热刺激下，通过固/液相变二次渗透与缺陷钝化耦合机制，能够纵向渗透到无机cspbibr2钙钛矿薄膜的晶/界面处抑制离子迁移，实时修复钙钛矿太阳能电池在水、氧、光、热等刺激下产生的新缺陷，为延长全无机cspbibr2钙钛矿太阳能电池的寿命提供了技术支撑。以此为基础制备的全无机cspbibr2钙钛矿太阳能电池在相对湿度为10%的空气环境下连续测试100天，电池效率无明显衰减。
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1.基于聚乙二醇衍生物修饰的全无机CsPbIBr2钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于所述制备方法为：在导电玻璃基底上制备TiO2致密层，并在TiO2致密层上制备无机CsPbIBr2钙钛矿薄膜，再在CsPbIBr2钙钛矿薄膜表面上旋涂聚乙二醇衍生物修饰剂，再在CsPbIBr2/修饰剂薄膜表面刮涂碳浆料，组装成全无机CsPbIBr2钙钛矿太阳能电池。
2.根据权利要求1所述的基于聚乙二醇衍生物修饰的全无机CsPbIBr2钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于具体包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中所述钛酸异丙酯乙醇溶液的旋涂速度为4000～7000转/分钟，旋涂时间为10～30秒，退火温度为400～550度，退火时间为30～60分钟。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中，钙钛矿前驱体溶液的旋涂分为两阶段：第一阶段的旋涂速度为1500～2000转/分钟，时间为10～20秒；第二阶段的旋涂速度为4000~6000转/分钟，时间为50～60秒。
5.根据权利要求2所述的
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(5)中修饰剂溶液中聚乙二醇衍生物的浓度范围为0.1mg/mL~1 mg/mL，所述聚乙二醇衍生物修饰剂为氨基-聚乙二醇-巯基吡啶、甲氧基-聚乙二醇-氰尿酸、马来酰亚胺-聚乙二醇-硅烷中的至少一种。
7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(5)中，修饰剂溶液的旋涂速度为3500～4500转/分钟，持续时间25～35秒，在50~80度下退火1~3分钟。
8.利用权利要求1~7任一项所述的制备方法制得的基于聚乙二醇衍生物修饰的全无机CsPbIBr2钙钛矿太阳能电池。
9.根据权利要求8所述的基于聚乙二醇衍生物修饰的全无机CsPbIBr2钙钛矿太阳能电池，其特征在于：所述全无机CsPbIBr2钙钛矿太阳能电池的开路电压为1.3~1.4 V、短路电流为11~13 mA·cm-2、填充因子为0.70~0.75、光电转换效率为10~13%。
10.权利要求8所述的基于聚乙二醇衍生物修饰的全无机CsPbIBr2钙钛矿太阳能电池在作为太阳能光伏电池组件中的应用。
...【技术特征摘要】
1.基于聚乙二醇衍生物修饰的全无机cspbibr2钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于所述制备方法为：在导电玻璃基底上制备tio2致密层，并在tio2致密层上制备无机cspbibr2钙钛矿薄膜，再在cspbibr2钙钛矿薄膜表面上旋涂聚乙二醇衍生物修饰剂，再在cspbibr2/修饰剂薄膜表面刮涂碳浆料，组装成全无机cspbibr2钙钛矿太阳能电池。
2.根据权利要求1所述的基于聚乙二醇衍生物修饰的全无机cspbibr2钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于具体包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中所述钛酸异丙酯乙醇溶液的旋涂速度为4000～7000转/分钟，旋涂时间为10～30秒，退火温度为400～550度，退火时间为30～60分钟。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中，钙钛矿前驱体溶液的旋涂分为两阶段：第一阶段的旋涂速度为1500～2000转/分钟，时间为10～20秒；第二阶段的旋涂速度为4000~6000转/分钟，时间为50～60秒。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中，无机cspbibr2经过梯度退火成膜...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭琪瑶，唐群委，段加龙，豆洁，赵媛媛，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：
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