CsPbBr制造技术

本发明专利技术公开了一种CsPbBr

【技术实现步骤摘要】
CsPbBr3钙钛矿及其制备方法和器件
本专利技术涉及钙钛矿材料
，尤其是涉及一种CsPbBr3钙钛矿及其制备方法和器件。
技术介绍
溶剂毒性问题，是钙钛矿太阳能电池大规模生产前需要解决的一个关键问题。在制备钙钛矿薄膜中，通常需要大量使用毒性溶剂，比如使用DMF、DMSO、NMP和DMAC来溶解钙钛矿前驱体。然而这些有机溶剂均具有毒性，会对环境和人体健康构成威胁。随着钙钛矿电池的大批量工业化生产和应用，将会排放大量的有毒溶剂，由此引发的环保问题和作业人员的健康问题，是完全不能忽视的。国际上，通常以时间加权平均允许浓度(PC-TWA)来确定空气中有害物质的限定量。根据我国最新公布的工业场所有害因素职业接触限值(GBZ2.1-2019)的标准，以配制钙钛矿溶液最常使用的溶剂DMF为例，其PC-TWA值为20mg/m3。这就意味着即使在一个1000m3的密闭环境中制备钙钛矿太阳能电池，只要22mL的DMF挥发到空间中，就会超出PC-TWA的值，进而对从业人员的健康产生威胁。事实上，制备钙钛矿薄膜过程中需要使用大量的DMF等溶剂。医学研究表明：DMF可经过皮肤、呼吸道、肠胃进入人体，会对人体的生殖发育系统、神经系统、消化系统等构成危害，尤其是对人体的肝脏产生严重的损害。卫生健康机构曾对皮革厂的从业人员健康进行检测。分析结果表明：即使从业人员暴露在低浓度的DMF环境中，经过长时间的接触，他们的肝功能损害程度要明显高于普通人群。在2017年世界卫生组织国际癌症研究机构公布的致癌物清单中，DMF位列其中。因此，开发低毒/无毒的绿色有机溶剂取代这些有毒溶剂来配制矿溶前驱体溶液，以减少甚至消除有毒溶剂对人体和环境的危害，对未来钙钛矿太阳能电池实现产业化，具有十分重要的现实意义。CsPbBr3薄膜在大气环境中表现出优异的稳定性，在太阳能电池、发光二极管、光电探测器、阻变存储器等领域具有重要的应用价值。在这些器件中，制备覆盖完全、结晶优异、相单一的CsPbBr3薄膜对获得优异性能的器件至关重要。在现有的报道中，通常使用传统的两步法制备CsPbBr3薄膜。第一步，制备PbBr2薄膜，首先将PbBr2粉末溶解在DMF中形成溶液，然后通过旋涂工艺成膜并通过退火处理形成PbBr2薄膜；第二步，将PbBr2薄膜与CsBr/甲醇溶液反应并通过退火处理形成CsPbBr3薄膜。由于PbBr2和CsBr在常规溶剂中溶解度往往有限，因此现已有制备CsPbBr3薄膜的方法高度依赖于有毒溶剂DMF和甲醇。为消除有毒溶剂DMF和甲醇对环境和作业人员健康的不利影响，开发绿色溶剂体系制CsPbBr3薄膜，对制备以CsPbBr3薄膜为核心的相关器件具有重要的现实意义。
技术实现思路
本专利技术旨在解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种CsPbBr3钙钛矿及其制备方法和器件，该制备方法利用绿色的水、乙醇和乙二醇的混合溶剂替代有毒的甲醇溶解CsBr，利用绿色的溶剂磷酸三乙酯取代毒性的DMF配制PbBr2溶液，避免了现有制备CsPbBr3薄膜的方法高度依赖于有毒溶剂DMF和甲醇的问题，在器件如太阳能电池、光电探测器、发光二极管、阻变存储器、随机激光发射器中具有较好的应用前景。本专利技术所采取的技术方案是：本专利技术的第一方面，提供一种CsPbBr3钙钛矿的制备方法，包括以下步骤：CsBr溶液的制备：取CsBr溶于第一溶剂，混合形成CsBr溶液，所述第一溶剂包括水、乙醇和乙二醇；PbBr2溶液的制备：取PbBr2溶于第二溶剂，混合形成PbBr2溶液，所述第二溶剂包括磷酸三乙酯；CsPbBr3钙钛矿的制备：取基底，先在所述基底上覆上所述CsBr溶液，然后覆上所述PbBr2溶液，进行处理使得CsBr与PbBr2反应生成CsPbBr3。本专利技术中处理使得CsBr与PbBr2反应生成CsPbBr3的方式能够去除溶剂以避免溶剂对CsPbBr3薄膜稳定性的破坏作用，譬如在一些实施例中采用的退火处理和/或抽真空处理的方式能够保证CsBr与PbBr2反应生成CsPbBr3，同时避免溶剂对CsPbBr3的破坏作用。根据本专利技术的一些实施例，所述第一溶剂中，水的体积分数是40％～60％，乙醇的体积分数为20％～50％，乙二醇体积分数是10％～20％。此处的乙醇指的是无水乙醇，第一溶剂中可以通过直接加入包括水、无水乙醇和乙二醇的溶剂进行混合制得，也可以通过加入包括乙醇溶液和乙二醇的溶剂，然后通过调整水的含量制得。该条件下比例下的溶液既可以充分溶解CsBr，防止其析出，又可以使溶液具有合适的粘度。根据本专利技术的一些实施例，所述CsBr溶液的温度为20℃～60℃。根据本专利技术的一些实施例，所述PbBr2溶液的浓度为20mgmL-1～60mgmL-1。。根据本专利技术的一些实施例，所述处理的方式包括退火处理和/或抽真空处理。根据本专利技术的一些实施例，所述退火处理的温度范围为100℃～300℃。根据本专利技术的一些实施例，所述抽真空处理的真空度≤3000Pa。根据本专利技术的一些实施例，通过动态滴涂法或浸泡方式涂覆上所述PbBr2溶液。本专利技术的第二方面，提供一种CsPbBr3钙钛矿，所述CsPbBr3钙钛矿由上述的CsPbBr3钙钛矿的制备方法制得。本专利技术的第三方面，提供一种器件，所述器件包括上述的CsPbBr3钙钛矿。根据本专利技术的一些实施例，所述器件包括太阳能电池、发光二极管、光电探测器、阻变存储器和随机激光发射器中的任一种。本专利技术实施例的有益效果是：在传统两步法制备CsPbBr3薄膜过程中，其第一步制备PbBr2薄膜通常采用毒性的DMF作为溶剂，在第二步通常采用毒性的甲醇配制CsBr溶液。毒性溶剂的使用对环境、从业人员的健康会构成潜在威胁。此外由于PbBr2在常规绿色溶剂中具有很低的溶解度，无法有效地成膜，即使旋涂多次，但旋涂时溶液中的溶剂容易将已涂覆的膜冲走，因而不易获得厚度合适并且连续的PbBr2薄膜。这极大地限制了利用传统的两步法的成膜顺序制备高质量的CsPbBr3薄膜。此外，钙钛矿薄膜容易和空气中的水发生反应，从而降低器件的性能，因而钙钛矿研究领域通常具有“在钙钛矿制备过程中需要完全隔绝水”的技术偏见。本专利技术实施例提供了一种CsPbBr3钙钛矿的制备方法，利用CsBr在水(可达5.8M)中溶解度高的特性，同时调整两步法中制备CsPbBr3薄膜的沉积顺序，即先从高浓度的CsBr溶液中沉积CsBr薄膜，然后将其与PbBr2反应，进而处理得到覆盖完全的CsPbBr3薄膜。此外溶解PbBr2(溶解度为60mgmL-1)使用的磷酸三乙酯无毒、并且不会破坏生成的CsPbBr3钙钛矿，本专利技术实施例的方法完全使用绿色的溶剂制备CsPbBr3薄膜，具有环境友好的优势，可以为后续钙钛矿大规模生产提供新的技术路线。本专利技术利用CsBr和PbBr2在绿色的水和磷酸三乙酯中的溶解度特性，通过调整薄膜的沉积顺序，提供了基于全无毒溶剂条件下制备高质量的CsPbBr3薄膜的新路径。本专利技术提供本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种CsPbBr

【技术特征摘要】
1.一种CsPbBr3钙钛矿的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
CsBr溶液的制备：取CsBr溶于第一溶剂，混合形成CsBr溶液，所述第一溶剂包括水、乙醇和乙二醇；
PbBr2溶液的制备：取PbBr2溶于第二溶剂，混合形成PbBr2溶液，所述第二溶剂包括磷酸三乙酯；
CsPbBr3钙钛矿的制备：取基底，先在所述基底上覆上所述CsBr溶液，然后覆上所述PbBr2溶液，进行处理使得CsBr与PbBr2反应生成CsPbBr3。


2.根据权利要求1所述的CsPbBr3钙钛矿的制备方法，其特征在于，所述第一溶剂中，水的体积分数是40％～60％，乙醇的体积分数为20％～50％，乙二醇体积分数为10％～20％。


3.根据权利要求1所述的CsPbBr3钙钛矿的制备方法，其特征在于，所述CsBr溶液的温度为20℃～60℃。


4.根据权利要求1所述的CsPbBr3钙钛矿的制备方法，其特征在于，所述PbBr2溶液的浓度为20mgmL-1～60mgm...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹小兵，张国帅，蔡一帆，蒋龙，
申请(专利权)人：五邑大学，
类型：发明
国别省市：广东;44