一种Lewis碱表面修饰的全无机钙钛矿薄膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种Lewis碱表面修饰的全无机钙钛矿薄膜及其制备方法，是以平面结构SnO2/SnCl2薄膜为基底，在该基底上制备有CsPbI2Br全无机钙钛矿薄膜，在CsPbI2Br全无机钙钛矿薄膜表面上旋涂有Lewis碱表面修饰剂，所述Lewis碱表面修饰剂为对溴苯甲醛、间溴苯甲醛、邻溴苯甲醛中的一种或多种。本发明专利技术通过采用对溴苯甲醛等lewis碱修饰剂修饰CsPbI2Br全无机钙钛矿薄膜，钝化了CsPbI2Br全无机钙钛矿薄膜表面的缺陷，改善了CsPbI2Br全无机钙钛矿薄膜的质量。对溴苯甲醛等表面修饰能够阻碍水分的渗入，抑制由于水分诱导的钙钛矿降解过程，提高CsPbI2Br全无机钙钛矿薄膜的稳定性。Br全无机钙钛矿薄膜的稳定性。Br全无机钙钛矿薄膜的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种Lewis碱表面修饰的全无机钙钛矿薄膜及其制备方法


[0001]本专利技术属于太阳能电池的制备
，具体涉及一种Lewis碱表面修饰的全无机CsPbI2Br钙钛矿薄膜及其制备方法，其可作为光吸收层制备太阳电池。

技术介绍

[0002]化石能源的大量开采与使用带来了严重的能源危机和环境污染问题，为了解决这些问题，开发和利用新型可再生能源刻不容缓。太阳能作为一种储量丰富、易于获得的清洁可再生能源而受到广泛的关注与研究。太阳能电池能够通过光生伏特效应实现太阳能向电能的转换，有效利用太阳能。目前，太阳能电池已经进入第三代太阳能电池发展阶段。其中，钙钛矿太阳能电池是第三代太阳能电池的代表之一。目前，钙钛矿太阳能电池的最高光电转换效率已达到25.5％，且其制备成本相对传统晶硅太阳能电池更加低廉。然而，目前广泛应用的钙钛矿材料主要是有机
‑
无机杂化钙钛矿材料，由于含有易挥发且易吸湿的有机阳离子基团(如：甲胺离子、甲脒离子)，这就导致了有机
‑
无机杂化钙钛矿材料的长期稳定性较差。为了从根本上解决有机
‑
无机杂化钙钛矿材料长期稳定性差的问题，科研工作者们使用无机金属阳离子(通常为铯离子)替代有机阳离子，制备全无机钙钛矿材料，用作钙钛矿太阳能电池的吸光层。在常用CsPbI
x
Br3‑
x
型全无机钙钛矿材料中，CsPbI2Br因其适中的带隙和优良的光电性能而受到广泛的关注与研究。CsPbI2Br全无机钙钛矿材料是一种直接带隙半导体材料，其带隙约为约1.92eV。与另一种广泛研究的全无机钙钛矿材料CsPbI3相比，虽然CsPbI2Br的带隙略大一些，但是其组分中的Br能够使CsPbI2Br具有更大的容忍因子，提高其结构稳定性。因此，将CsPbI2Br材料作为光吸收层应用于制备钙钛矿太阳能电池能够获得高效率和良好稳定性之间的平衡。同时，相对CsPbIBr2和CsPbBr3而言，CsPbI2Br中的Br含量较低，因此CsPbI2Br的溶解度较好，适用于溶液法制备。CsPbI2Br薄膜在制备和使用过程中存在以下问题：
①
CsPbI2Br薄膜在制备过程中易在表面产生未配位的Pb
2+
。这些具有深能级的未配位Pb
2+
会成为电荷陷阱，捕获光生载流子，使电荷积聚在界面，引发严重的非辐射复合，造成严重的能量损失，影响器件的性能。
②
CsPbI2Br材料对外界因素较为敏感，尤其是水分。环境中的水分会导致CsPbI2Br薄膜的降解，使其从黑相转变为黄相，影响CsPbI2Br薄膜的光学性能，进而对相应的光电转换器件性能造成影响。未配位的Pb
2+
含有未充满的p轨道，可视为Lewis酸，本专利技术通过引入给电子基团Lewis碱修饰剂进行钝化，从而降低CsPbI2Br薄膜表面的缺陷态密度。对溴苯甲醛(或邻溴苯甲醛、间溴苯甲醛)的分子结构中含有苯环，苯环的疏水性能够抑制水分渗入，抑制水分诱导的CsPbI2Br降解过程，有利于提升薄膜的稳定性；苯环的π共轭结构也有利于促进电池内部的电荷传输，能够提升器件的效率。此外，Br取代基具有较大的电偶极子，有利于促进空穴的提取过程，有利于提升相应器件的性能。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种Lewis碱表面修饰的全无机CsPbI2Br钙钛矿薄膜及其制
备方法，该方法可改善CsPbI2Br全无机钙钛矿薄膜的质量及其稳定性，方法核心是一种基于平面结构SnO2的CsPbI2Br全无机钙钛矿薄膜的Lewis碱化合物表面修饰工艺。
[0004]本专利技术的技术方案为：一种Lewis碱表面修饰的全无机钙钛矿薄膜，是以平面结构SnO2/SnCl2薄膜为基底，在该基底上制备有CsPbI2Br全无机钙钛矿薄膜，在CsPbI2Br全无机钙钛矿薄膜表面上旋涂有Lewis碱表面修饰剂，所述Lewis碱表面修饰剂为对溴苯甲醛、间溴苯甲醛、邻溴苯甲醛中的一种或多种。其制备方法包括以下步骤：(1)将FTO导电玻璃分别用丙酮、无水乙醇、去离子水超声清洗，在真空干燥箱中烘干后，在紫外臭氧清洗机中处理30min；将SnO2水胶体分散液、去离子水、异丙醇混合，搅拌均匀后用聚四氟乙烯滤头过滤，获得SnO2前驱液，将SnO2前驱液旋涂到经过紫外臭氧处理的FTO导电玻璃上，重复旋涂多次后，一定温度条件下退火一定时间，获得以FTO导电玻璃为基底的SnO2薄膜，记为FTO/SnO2薄膜；(2)将SnCl2溶于无水乙醇中，获得SnCl2溶液，将SnCl2溶液旋涂于FTO/SnO2薄膜上，一定温度退火一段时间后再在更高的温度下继续退火，得到FTO/SnO2/SnCl2薄膜；SnCl2对SnO2电子传输层的表面钝化不仅有效地减少了CsPbI2Br钙钛矿和SnO2界面的复合，而且加速了从钙钛矿薄膜的电子提取，可显著提高器件的效率和开路电压及热稳定性。(3)称取CsI、PbI2和PbBr2溶于二甲基亚砜(DMSO)之中，恒温加热搅拌直至完全溶解，然后用聚四氟乙烯滤头将该溶液过滤，获得CsPbI2Br前驱体溶液；将步骤(2)中制备获得的FTO/SnO2/SnCl2薄膜在紫外臭氧清洗机中处理至少30min，将CsPbI2Br前驱体溶液旋涂于经过紫外臭氧处理的FTO/SnO2/SnCl2薄膜上，旋涂后进行梯度退火，先在较低的温度下退火一段时间，然后在较高的温度下继续退火一段时间，获得FTO/SnO2/SnCl2/CsPbI2Br薄膜；(4)称取Lewis碱表面修饰剂溶于异丙醇中，搅拌至完全溶解，获得修饰剂溶液，将修饰剂溶液旋涂在步骤(3)制备的FTO/SnO2/SnCl2/CsPbI2Br薄膜上，恒温退火一定时间，获得FTO/SnO2/SnCl2/CsPbI2Br/修饰剂薄膜，即Lewis碱表面修饰的全无机钙钛矿薄膜。
[0005]进一步的，步骤(1)中所述SnO2水胶体分散液、去离子水、异丙醇的体积比为1:1:1～1:3:3，旋涂速度为2000～5000rpm，旋涂时间为10s～60s，该旋涂过程重复次数为2～6次，退火温度为100～200℃，退火时间为10～60min。
[0006]进一步的，步骤(2)中SnCl2溶液的浓度为0.01～0.05mol/L，旋涂速度为2000～4000rpm，旋涂时间为10～60s，第一步退火温度为80～120℃，第一步退火时间为5～25min，第二步退火温度为150～200℃，第二步退火时间为50～100min。
[0007]进一步的，步骤(3)中CsPbI2Br前驱体溶液浓度为1.0～1.8mol/L，恒温加热搅拌温度为50℃～100℃，搅拌时间为1～3h。
[0008]进一步的，步骤(3)中CsPbI2Br前驱体溶液旋涂为两阶段：第一阶段旋涂速度为1000～3000rpm，时间为20～60s，第二阶段旋涂速度为2000～5000rpm，时间为40～80s。采用阶段性旋涂可以改善钙钛矿薄膜的质量，提高薄膜的覆盖率、均匀性和结晶性。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Lewis碱表面修饰的全无机钙钛矿薄膜，其特征在于，是以平面结构SnO2/SnCl2薄膜为基底，在该基底上制备有CsPbI2Br全无机钙钛矿薄膜，在CsPbI2Br全无机钙钛矿薄膜表面上旋涂有Lewis碱表面修饰剂，所述Lewis碱表面修饰剂为对溴苯甲醛、间溴苯甲醛、邻溴苯甲醛中的一种或多种。2.制备如权利要求1所述的Lewis碱表面修饰的全无机钙钛矿薄膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将FTO导电玻璃分别用丙酮、无水乙醇、去离子水超声清洗，在真空干燥箱中烘干后，在紫外臭氧清洗机中处理30min；将SnO2水胶体分散液、去离子水、异丙醇混合，搅拌均匀后用聚四氟乙烯滤头过滤，获得SnO2前驱液，将SnO2前驱液旋涂到经过紫外臭氧处理的FTO导电玻璃上，重复旋涂多次后，一定温度条件下退火一定时间，获得以FTO导电玻璃为基底的SnO2薄膜，记为FTO/SnO2薄膜；(2)将SnCl2溶于无水乙醇中，获得SnCl2溶液，将SnCl2溶液旋涂于FTO/SnO2薄膜上，一定温度退火一段时间后再在更高的温度下继续退火，得到FTO/SnO2/SnCl2薄膜；(3)称取CsI、PbI2和PbBr2溶于二甲基亚砜(DMSO)之中，恒温加热搅拌直至完全溶解，然后用聚四氟乙烯滤头将该溶液过滤，获得CsPbI2Br前驱体溶液；将步骤(2)中制备获得的FTO/SnO2/SnCl2薄膜在紫外臭氧清洗机中处理至少30min，将CsPbI2Br前驱体溶液旋涂于经过紫外臭氧处理的FTO/SnO2/SnCl2薄膜上，旋涂后进行梯度退火，先在较低的温度下退火一段时间，然后在较高的温度下继续退火一段时间，获得FTO/SnO2/SnCl2/CsPbI2Br薄膜；(4)称取Lewis碱表面修饰剂溶于异丙醇中，搅拌至完全溶解，获得修饰剂溶液，将修饰剂溶液旋涂在步骤(3)制备的FTO/SnO2/SnCl2/CsPbI2Br薄膜上，恒温退火一定时间，获得FTO/SnO2/SnCl2/CsPbI2Br/修饰剂薄膜，即Lewis碱表面修饰的全无机钙钛矿...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟敏，周瑾璟，姜彦钰，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：发明
国别省市：