一种以路易斯酸碱对为原料制备低FA掺杂Cs基钙钛矿薄膜方法技术

纯α

【技术实现步骤摘要】
一种以路易斯酸碱对为原料制备低FA掺杂Cs基钙钛矿薄膜方法


[0001]本专利技术具体涉及一种以路易斯酸碱对(即PbI2·
DMSO和PbBr2·
DMSO加合物)为原料制备低FA掺杂Cs基钙钛矿薄膜(α
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Cs1‑
x
FA
x
PbI2Br，0<x<0.5)方法，属于钙钛矿太阳能电池材料领域。
技术背景
[0002]众多钙钛矿太阳能电池材料中，CsPbI2Br因其优异的光、热稳定性、电场稳定性、合适的带隙大小很适合作为叠层太阳能电池的顶层。
[0003]CsPbI2Br虽然在光、热和氧气中具有优异的稳定性，但是其湿度稳定性较差，在遇到水汽的情况下CsPbI2Br的会发生从α相向δ相的转变，导致其太阳电池失效。这是因为CsPbI2Br的容忍因子只有0.855，当水与CsPbI2Br表面接触时，由于水对卤化物粒子(如I
‑
)有较大的溶解焓，诱导I
‑
向有水的地方(表面)移动使CsPbI2Br产生较低的空位形成能，促使晶格内部出现空位。当晶格中存在空位时，碘铅八面体的离子键约束减小使空位的形核自由能降低，从而促使从立方相向低对称性的四方或者正交结构转变。解决CsPbI2Br的湿度稳定性可以通过对B位、X位进行少量掺杂和封装得到一定程度的控制，但B位和X位进行少量掺杂会导致CsPbI2Br中[PbI6]4‑
结构的性质发生变化，有效载流子的传输效率减少，从而整体上表现出CsPbI2Br的光电转换效率降低。而目前封装所用的有机物材料都含有一定的水汽透过性，在长时间的使用过程中也会有少量水汽与CsPbI2Br接触，导致电池整体失去活性，并且封装过程中也要严格控制水汽，增加了太阳能电池的制备成本。
[0004]根据理论计算，合成低FA含量的α
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Cs1‑
x
FA
x
PbI2Br(0<x<0.5)钙钛矿薄膜具有稳定的晶体结构，在提高薄膜的湿度稳定性的同时也可保留良好的光、电、热稳定性。目前高FA含量的α
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Cs1‑
x
FA
x
PbI2Br(0<x<0.5)钙钛矿薄膜的制备方法缺乏报道。钙钛矿薄膜的制备原料往往为CsI、FAI、PbI2、PbBr2。由于Cs含量较高，高Cs含量的钙钛矿薄膜需要200℃以上的退火温度才能产生纯钙钛矿相，而FA无法耐受200℃以上的退火温度。而采用低温热处理，以CsI、FAI、PbI2、PbBr2为原料时，薄膜中往往会产生杂相导致物相不纯。如果采用反溶剂辅助或者基底预热辅助也可以获得纯相的α
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Cs1‑
x
FA
x
PbI2Br(0<x<0.5)，但反溶剂的滴加工艺以及基底预热工艺参数对薄膜的质量影响很大，不利于保持薄膜质量的控制。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一种以PbI2·
DMSO和PbBr2·
DMSO加合物为原料制备α
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Cs1‑
x
FA
x
PbI2Br钙钛矿薄膜的方法，FA掺杂含量低，所得α
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Cs1‑
x
FA
x
PbI2Br(0<x<0.5)薄膜物相纯净，表面晶粒较大、平整且致密无孔洞，相比于CsPbI2Br钙钛矿，其湿度稳定性得到明显改善，并且保留了较好的光稳定性、热稳定性。
[0006]本专利技术为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：
[0007]一种以PbI2·
DMSO和PbBr2·
DMSO加合物为原料制备α
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Cs1‑
x
FA
x
PbI2Br钙钛矿薄膜的方法，主要步骤如下：
[0008](1)将PbI2·
DMSO加合物、PbBr2·
DMSO加合物和碘化铯(CsI)、甲脒碘(FAI)混合，加入到N,N
‑
二甲基甲酰胺与二甲基亚砜的混合溶剂中加热搅拌至澄清，得到前驱体溶液。
[0009](2)将步骤(1)所述前驱体溶液旋涂到基底上，旋涂完成后，得到前驱体薄膜；
[0010](3)将步骤(2)所述前驱体薄膜进行退火处理，退火完成后，即得到α
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Cs1‑
x
FA
x
PbI2Br，其中0<x<0.5。
[0011]按上述方案，步骤(1)中，PbI2·
DMSO、PbBr2·
DMSO、CsI、FAI的摩尔比为0.5：0.5：1
‑
x：x，其中0<x<0.5。
[0012]按上述方案，步骤(1)中，混合溶剂由N,N
‑
二甲基甲酰胺与二甲基亚砜按体积比为1：3～3：1混合得到。
[0013]按上述方案，步骤(1)中，前驱体溶液的四种原料总浓度为0.6～1.2mol/L。
[0014]按上述方案，步骤(1)中，加热的温度为70～100℃，加热的时间为4～8小时。
[0015]按上述方案，步骤(2)中，前驱体溶液旋涂前要进行0.45μm的过滤头过滤才能使用，基底上的旋涂量在60～100μL/cm2范围内。
[0016]按上述方案，步骤(2)中，旋涂时基底转速为2000～4000转/分钟，旋涂时间为30～50秒；基低为FTO或ITO等透明导电玻璃，要求表面清洗干净，清洗流程为酒精
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丙酮
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超纯水
‑
酒精，使用时基底表面干燥、无污染即可，本专利技术以FTO为例。
[0017]按上述方案，步骤(3)中，退火温度为100～160℃，退火时间为0～0.6h。
[0018]上述方法制备的α
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Cs1‑
x
FA
x
PbI2Br钙钛矿薄膜，化学组成表达为α
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Cs1‑
x
FA
x
PbI2Br，0<x<0.5，物相为α相，晶粒大小为0.1～1.0μm，厚度为300～400nm，表面平整且致密无孔洞。
[0019]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
[0020]纯α
‑
CsPbI2Br薄膜光热稳定性极佳，但湿度稳定性极差，在低湿度环境中就会从α相(1.90eV)转变为δ相(2.85eV)而失去光学活性。针对该问题，本专利技术设计了一种以PbI2·
DMSO、PbBr2·
DMSO加合物为原料，制备α
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Cs1‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种以PbI2·
DMSO和PbBr2·
DMSO加合物为原料制备α
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Cs1‑
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FA
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PbI2Br钙钛矿薄膜的方法，其特征在于主要步骤如下：(1)将PbI2·
DMSO、PbBr2·
DMSO和CsI、FAI混合，加入到N,N
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二甲基甲酰胺与二甲基亚砜的混合溶剂中加热搅拌至澄清，得到前驱体溶液。(2)将步骤(1)所述前驱体溶液旋涂到基底上，旋涂完成后，得到前驱体薄膜；(3)将步骤(2)所述前驱体薄膜进行退火处理，退火完成后，即得到α
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Cs1‑
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FA
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PbI2Br，其中0<x<0.5。2.根据权利要求1所述的一种以PbI2·
DMSO和PbBr2·
DMSO加合物为原料制备α
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Cs1‑
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FA
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PbI2Br钙钛矿薄膜的方法，其特征在于步骤(1)中，PbI2·
DMSO、PbBr2·
DMSO、CsI、FAI的摩尔比为0.5：0.5：1
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x：x，其中0<x<0.5。3.根据权利要求1所述的一种以PbI2·
DMSO和PbBr2·
DMSO加合物为原料制备α
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Cs1‑
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FA
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PbI2Br钙钛矿薄膜的方法，其特征在于步骤(1)中，混合溶剂由N,N
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二甲基甲酰胺与二甲基亚砜按体积比为1：3～3：1混合得到。4.根据权利要求1所述的一种以PbI2·
DMSO和PbBr2·
DMSO加合物为原料制备α
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Cs1‑
x
FA
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PbI2Br钙钛矿薄膜的方法，其特征在于步骤(...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔璠，田楠，何庆贺，段诗宇，龙飞，
申请(专利权)人：桂林理工大学，
类型：发明
国别省市：