一种采用溶液喷涂法制得的CsPbX制造技术

本发明专利技术涉及一种采用溶液喷涂法制得的CsPbX

【技术实现步骤摘要】
一种采用溶液喷涂法制得的CsPbX3薄膜及其制备和应用
本专利技术属于钙钛矿材料领域，具体涉及一种采用溶液喷涂法制得的CsPbX3薄膜及其制备和应用。
技术介绍
近年来，一些钙钛矿结构的半导体材料，由于具有优良的光学吸收和电荷传导特性，成为目前太阳能电池领域的研究热点。相对于有机-无机杂化钙钛矿材料，全无机卤素钙钛矿材料(CsPbX3，X＝Cl、Br、I)化学稳定性较高，具有波长可调且覆盖整个可见光波段、线宽窄等特点，多用于太阳能电池材料中。此外，全无机钙钛矿材料具有极高的吸收系数，其光吸收能力比其它有机染料高10倍以上；而且全无机钙钛矿材料的八面体体系也有利于电子和空穴的传输，使得该材料具有高载流子迁移率和较长的载流子寿命。开发高质量CsPbX3薄膜的低成本制备技术对于获得高效稳定的无机钙钛矿电池意义重大。目前多采用非真空旋涂法或者物理气相沉积法制备CsPbX3薄膜，其中，采用非真空旋涂法制得的薄膜易出现针孔裂纹等缺陷，物理气相沉积法的制备工艺设备昂贵、制程复杂。因此，研发CsPbX3薄膜材料低成本、工艺简单且稳定性好的制备技术显得尤为重要。
技术实现思路
本专利技术的目的就是提供一种采用溶液喷涂法制得的CsPbX3薄膜及其制备和应用，可实现均匀薄膜的简易制备，有利于该材料在钙钛矿太阳能电池和光电探测器件中的应用。本专利技术的目的通过以下技术方案实现：一种采用溶液喷涂法制备CsPbX3薄膜的方法，所述方法具体包括以下步骤：(a)CsPbX3前驱体溶液的制备：取CsX和PbX2加入到有机溶剂中进行混合，得到CsPbX3前驱体溶液，其中，X＝Cl或Br或I；(b)CsPbX3薄膜的制备：将步骤(a)得到的CsPbX3前驱体溶液喷涂在导电基底上，后立即进行退火，蒸发掉有机溶剂，得到所述的CsPbX3薄膜。X＝Br。步骤(a)中，有机溶剂选自DMSO或DMF中的一种或多种。步骤(a)中，CsX、PbX2和有机溶剂的添加比为1mmol:mmol:(15～25)mL，优选为1mmol:1mmol:20mL。步骤(b)中，取2～5mL的CsPbX3前驱体溶液装入喷枪中进行喷涂，喷涂时间为5～10min，喷涂的速率为0.2～1mL/min，喷涂的速率影响薄膜厚度，在此喷涂速率下，可得到厚度符合要求的薄膜。步骤(b)中，所述导电基底为FTO或ITO玻璃。步骤(b)中，将喷涂有CsPbX3前驱体溶液的导电基底置于加热板上进行退火。步骤(b)中，退火的温度为175～300℃，退火的时间为5～25min，若退火温度过高，CsPbBr3高温相变会产生类钙钛矿材料CsPb2Br5，CsPbBr3薄膜从立方相向正交相转变，光吸收能力降低。退火的温度为200～225℃，退火的时间为5～10min。退火的温度为200℃，退火的时间为10min。一种如上述所述的方法制备得到的CsPbX3薄膜，该薄膜的厚度为3～4μm，薄膜表面光滑平整，无针孔裂纹，薄膜的吸收边带为520～560nm，优选为540nm，CsPbX3薄膜中CsPbX3颗粒的粒径为0.5～1.6μm，颗粒分布均匀。一种如上述所述的CsPbX3薄膜在太阳能电池和光电探测器件中的应用。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：1、本专利技术制备方法简单，可有效避免当前钙钛矿薄膜制备的操作繁琐、设备昂贵等问题，在普通大气下，实现高质量、稳定钙钛矿光吸收层薄膜的低成本制备。2、本专利技术通过各种反应物的混合，很容易获得所需要的均匀相多组分体系，且易于实现定量掺杂，可以有效控制薄膜的成分和结构。3、本专利技术薄膜的厚度取决于溶液的浓度、压力、喷枪的速度和喷涂时间，通过控制这些参数条件，可实现所需厚度的薄膜的制备。4、本专利技术所制备的CsPbX3薄膜在室温下稳定性好，为实现在室温条件下制备太阳能电池器件提供了技术基础。附图说明图1为本专利技术实施例1所制备的CsPbBr3薄膜；图2为本专利技术实施例1所制备的CsPbBr3薄膜的SEM图；图3为本专利技术实施例1所制备的CsPbBr3薄膜的XRD图；图4为本专利技术实施例1所制备的CsPbBr3薄膜的光吸收图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。一种CsPbX3薄膜，采用溶液喷涂法制备得到，制备方法具体包括以下步骤：(a)CsPbX3前驱体溶液的制备：取CsX和PbX2加入到有机溶剂中进行混合，得到CsPbX3前驱体溶液，其中，X＝Cl或Br或I；(b)CsPbX3薄膜的制备：将步骤(a)得到的CsPbX3前驱体溶液喷涂在导电基底上，后退火，得到所述的CsPbX3薄膜。实施例1一种CsPbBr3薄膜(X＝Br)，该薄膜的厚度为3～4μm，CsPbBr3薄膜中CsPbBr3颗粒的粒径为0.5～1.6μm，颗粒分布均匀，采用溶液喷涂法制备得到，制备方法具体包括以下步骤：(a)CsPbBr3前驱体溶液的制备：取CsBr和PbBr2加入到DMSO(作为有机溶剂)中进行混合，得到CsPbBr3前驱体溶液，其中，CsBr、PbBr2和有机溶剂的添加比为1mmol:1mmol:20mL；(b)CsPbBr3薄膜的制备：取2～5mL步骤(a)得到的CsPbBr3前驱体溶液装入喷枪中，均匀喷涂在FTO玻璃上，喷涂的时间为5～10min，后立即置于200℃的加热板上进行退火10min，蒸发掉DMSO，得到所述的CsPbBr3薄膜。制得的CsPbBr3薄膜实物具体如图1所示。CsPbBr3薄膜的SEM图具体如图2所示，可看到，CsPbBr3薄膜光滑平整，无针孔裂纹。CsPbBr3薄膜的XRD图如图3所示，可看到，位于15.3°，21.7°和30.8°处的衍射峰，分别对应于CsPbBr3的(100)，(110)和(200)晶面，表明制备出来的薄膜为单一的CsPbBr3。CsPbBr3薄膜的光吸收图如图4所示，显示CsPbBr3的吸收边带约为540nm。本专利技术还提供一种CsPbBr3薄膜的应用，将CsPbBr3薄膜应用于太阳能电池和光电探测器件中，用于太阳能电池中时，将制备好的薄膜旋涂空穴传输层，蒸镀Ag电极，制备成太阳能电池。实施例2一种CsPbBr3薄膜(X＝Br)，采用溶液喷涂法制备得到，制备方法中除了退火温度为225℃外，其余均与实施例1相同。实施例3一种CsPbBr3薄膜(X＝Br)，采用溶液喷涂法制备得到，制备方法中除了退火时间为5min外，其余均与实施例1相同。实施例4一种CsPbCl3薄膜(X＝Cl)，采用溶液喷涂法制备得到，具体包括以下步骤：(a)CsPbCl3前驱体溶液的制备：取CsCl和PbCl2加入到DMF(作为有机溶剂)中进行混合，得到CsPbCl3前驱体溶液，其中，CsCl、PbCl2和有机溶剂的添加比本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种采用溶液喷涂法制备CsPbX

【技术特征摘要】
1.一种采用溶液喷涂法制备CsPbX3薄膜的方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：
(a)取CsX和PbX2加入到有机溶剂中进行混合，得到CsPbX3前驱体溶液，其中，X＝Cl或Br或I；
(b)将步骤(a)得到的CsPbX3前驱体溶液喷涂在导电基底上，后退火，得到所述的CsPbX3薄膜。


2.根据权利要求1所述的一种采用溶液喷涂法制备CsPbX3薄膜的方法，其特征在于，X＝Br。


3.根据权利要求1所述的一种采用溶液喷涂法制备CsPbX3薄膜的方法，其特征在于，步骤(a)中，有机溶剂选自DMSO或DMF中的一种或多种。


4.根据权利要求1所述的一种采用溶液喷涂法制备CsPbX3薄膜的方法，其特征在于，步骤(a)中，CsX、PbX2和有机溶剂的添加比为1mmol:1mmol:(15～25)mL。


5.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈进，孙雨，王凤超，彭小改，张灿云，孔晋芳，
申请(专利权)人：上海应用技术大学，
类型：发明
国别省市：上海;31