CN110648900B - 一种引入锂离子增强CsPbI3钙钛矿稳定性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种引入锂离子增强CsPbI3钙钛矿稳定性的方法，包括以下步骤：将CsI、HPbI3和LiI混合，溶于DMF溶剂中，得到溶液A；将步骤S1得到的溶液A旋涂在导电基材上，旋涂后经过退火，即得到CsPbI3钙钛矿薄膜。通过本发明的技术方案可使获得的CsPbI3钙钛矿材料具有较优的稳定性效果和光电性能，所获得的CsPbI3钙钛矿薄膜应用于基于碳电极的钙钛矿太阳能电池的制备，具有较高光电转换效率和稳定性。
Description
技术领域
本发明属于光电材料与器件技术领域，尤其涉及一种引入碘化锂来制备高稳定性CsPbI3钙钛矿的方法。
背景技术
稳定性差制约了钙钛矿太阳能电池的商业化应用。作为光吸收材料，钙钛矿材料的稳定性差是影响器件稳定性的重要原因。为此，提高钙钛矿稳定性是非常重要的方向。禁带宽度为1.7eV的无机CsPbI3钙钛矿被认为是最具前途的一类钙钛矿材料，但光伏相稳定性较差是其重要缺点。
通过检索查阅现有技术发现，已经有通过双氨基有机物制备热稳定钙钛矿CsPbI3的方法，具体包括所述方法包括将碘化二乙胺加下到CsPbI3沉积溶液中进行CsPbI3制备，并应用于制备高转换效率的太阳能电池。但该种方法并没有很好的解决CsPbI3稳定性差的问题。
发明内容
为了解决上述已有技术存在的不足，本发明提出一种引入锂离子来稳定CsPbI3钙钛矿材料的方法，具体涉及通过添加锂离子来稳定CsPbI3钙钛矿，从而提高太阳能电池的光电转换效率和器件稳定性。本发明的具体技术方案如下：
一方面，本发明提供一种引入锂离子增强CsPbI3钙钛矿稳定性的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将CsI、HPbI3和LiI混合，溶于DMF溶剂中，得到溶液A；
S2：将步骤S1得到的所述溶液A旋涂在导电基材上，旋涂后经过退火，即得到CsPbI3钙钛矿薄膜。
进一步地，所述CsI、HPbI3和LiI的摩尔比为1：1：0.03-0.20。优选地，所述 CsI、HPbI3和LiI的摩尔比为1：1：0.06。
进一步地，所述CsI的用量范围为0.4-1.3mol/L。优选地，所述CsI的用量范围为1mol/L。
进一步地，所述旋涂速度为1000rpm/min～4000rpm/min，所述旋涂时间为10-30s。
进一步地，所述退火温度为180-220℃，时间为2-15min。
进一步地，所述HPbI3通过包括以下步骤的方法制备：
C1：将PbI2和HI溶解于DMF中，在60-80℃下搅拌2-4小时，得到溶液B；
C2：将300ml乙醇倒入步骤C1得到的溶液B中，得到淡黄色沉淀，沉淀完成后将上清液倒出，剩下淡黄色沉淀；
C3：再用乙醇对淡黄色沉淀进行反复洗涤4-6次，最后过滤出淡黄色沉淀，并在50-70℃进行干燥得到粉末。
进一步地，所述PbI2、HI和DMF的量分别为4-6g、3-5ml和10-20ml。
另一方面，本发明提供一种利用前述方法制得的钙钛矿CsPbI3在太阳能电池中的应用。
本发明的有益效果在于：
1.本发明使用的PbI2、CsI、LiI、HI、DMF、乙醇都是工业上常用的原料，容易获得；整个操作过程简便，用时短，容易大规模化生产；
2.本发明添加的LiI中的Li离子半径较小，容易插入CsPbI3晶体结构中以稳定光伏相结构；
3.本发明采用的LiI为无机添加剂，比有机添加剂具有更高的稳定性，材料和器件在工作过程中不会因为添加剂破坏或挥发损失，而导致稳定性下降；
4.本发明方法获得的CsPbI3钙钛矿具有良好的长期稳定性，所制备的钙钛矿太阳能电池在湿度10％-20％、温度0℃-35℃的环境条件下500天转换效率无衰减，明显优于传统钙钛矿太阳能电池；
5.本发明方法获得的CsPbI3钙钛矿制备的太阳能电池比传统钙钛矿制备的太阳能电池具有更高的光电转换效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据这些附图获得其他的附图。其中：
图1为本发明的实施例1、实施例2、实施例3和对比例1得到样品的XRD图；
图2为本发明的实施例1、实施例2、实施例3和对比例1得到样品的瞬态PL 光谱图；
图3为本发明的实施例1和对比例1得到样品用于构造钙钛矿太阳能电池得到的转换效率分布图；
图4为本发明的实施例1和对比例1得到样品用于构造钙钛矿太阳能电池在湿度10％-20％、温度0℃-35℃的环境条件下转换效率随时间变化图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
以下实施例中涉及到的原料HPbI3为自行合成，合成步骤为：
将5g PbI2和4ml HI溶液溶解于10ml的DMF中，在70℃条件下搅拌3小时；将300ml无水乙醇倒入上述溶液B中，得到淡黄色沉淀，沉淀完成后将上清液倒出，剩下淡黄色沉淀；用无水乙醇对淡黄色沉淀进行反复洗涤5次，最后过滤出淡黄色沉淀，并在60℃进行干燥得到HPbI3粉末。
太阳能电池基片是在FTO导电玻璃上先后旋涂TiO2致密膜和TiO2多孔薄膜获得。
实施例1
本实施例涉及制备一种基于DMF溶剂的前驱体溶液，并通过在太阳能电池基片上旋涂制备钙钛矿薄膜的方法，具体步骤如下：
(1)将CsI、HPbI3和LiI按摩尔比1：1：0.06(具体为1mmol CsI、1mmol HPbI3和0.06mmol碘化锂)溶于1ml DMF中得到溶液A；
(2)将步骤(1)中得到的溶液A在2000rpm、20s的条件下旋涂在太阳能电池基片上，在200℃下退火5min得到钙钛矿薄膜；
(3)在步骤(2)中得到的钙钛矿薄膜上，刮涂商用导电碳浆，120℃下退火 20min。太阳能电池的制作工艺具体可以参照现行工艺。
图1为实施例1中得到样品的XRD图谱，从中可以得出实施例1得到的样品为钙钛矿结构，结晶性良好；图2为实施例1中得到样品的瞬态PL光谱图，计算得到的电子寿命为15.6ns；图3中为实施例1中得到样品制备的钙钛矿太阳能电池的效率分布，可以得出电池获得的平均效率为10.4％；图4为实施例1中得到样品制备的钙钛矿太阳能电池在空气条件下转换效率随时间变化，可以得出电池在500天后仍然保持100％的初始转换效率值。
实施例2
本实施例方法同实施例1，区别在于CsI、HPbI3和LiI按摩尔比1：1：0.03。
图2为实施例2中得到样品的瞬态PL光谱图，计算得到的电子寿命为12.7ns。
实施例3
本实施例方法同实施例1，区别在于CsI、HPbI3和LiI按摩尔比1：1：0.1。
图2为实施例3中得到样品的瞬态PL光谱图如中所示，计算得到的电子寿命为9.3ns。
对比例1
本实施例方法同实施例1，区别在于CsI、HPbI3和LiI按摩尔比1：1：0，即为未加LiI。
对比例1中得到的样品为钙钛矿结构，结晶性良好；图2为对比例1中得到样品的瞬态PL光谱图，计算得到的电子寿命为1.4ns；对比例1中得到样品制备的钙钛矿太阳能电池的效率分布如图3中所示，可以得出电池获得的平均效率为8.2％；对比例1中得到样品制备的钙钛矿太阳能电池在空气条件下转换效率随时间变化如图4 中所示，可以得出电池在300天后只剩下小于80％的初始转换效率值。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种引入锂离子增强CsPbI3钙钛矿稳定性的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将CsI、HPbI3和LiI混合，溶于DMF溶剂中，得到溶液A；所述CsI、HPbI3和LiI的摩尔比为1：1：0.03-0.20；所述CsI的用量范围为0.4-1.3mol/L；
S2：将步骤S1得到的所述溶液A旋涂在导电基材上，旋涂后经过退火，即得到CsPbI3钙钛矿薄膜；所述旋涂速度为1000rpm/min～4000rpm/min，所述旋涂时间为10-30s；所述退火温度为180-220℃，时间为2-15min；
其中，所述HPbI3的制备方法为：
C1：将PbI2和HI溶解于DMF中，在60-80℃下搅拌2-4小时，得到溶液B；
C2：将300ml乙醇倒入步骤C1得到的溶液B中，得到淡黄色沉淀，沉淀完成后将上清液倒出，剩下淡黄色沉淀；
C3：再用乙醇对淡黄色沉淀进行反复洗涤4-6次，最后过滤出淡黄色沉淀，并在50-70℃进行干燥得到粉末。
2.根据权利要求1所述的一种引入锂离子增强CsPbI3钙钛矿稳定性的方法，其特征在于，所述CsI、HPbI3和LiI的摩尔比为1：1：0.06。
3.根据权利要求1所述的一种引入锂离子增强CsPbI3钙钛矿稳定性的方法，其特征在于，所述CsI的用量范围为1mol/L。
4.根据权利要求1所述的一种引入锂离子增强CsPbI3钙钛矿稳定性的方法，其特征在于，所述PbI2、HI和DMF的量分别为4-6g、3-5ml和10-20ml。
5.一种如权利要求1所述的方法制得的钙钛矿CsPbI3在太阳能电池中的应用。
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