CN111874941A - CsPbBr3钙钛矿及其制备方法和器件 - Google Patents

CsPbBr3钙钛矿及其制备方法和器件 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种CsPbBr3钙钛矿及其制备方法和器件，该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，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，第二溶剂包括磷酸三乙酯；CsPbBr3钙钛矿的制备：取基底，先在基底上覆上CsBr溶液，然后覆上PbBr2溶液，进行处理使得CsBr与PbBr2反应生成CsPbBr3。本发明的方法完全使用绿色的溶剂制备，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，有望在太阳能电池、发光二极管、光电探测器、阻变存储器、随机激光发射器中获得应用。

Description

CsPbBr3钙钛矿及其制备方法和器件
技术领域
本发明涉及钙钛矿材料技术领域，尤其是涉及一种CsPbBr3钙钛矿及其制备方法和器件。
背景技术
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。
发明内容
本发明旨在解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种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。
本发明所采取的技术方案是：
本发明的第一方面，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。
本发明中处理使得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。
根据本发明的一些实施例，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。
根据本发明的一些实施例，所述CsBr溶液的温度为20℃～60℃。
根据本发明的一些实施例，所述PbBr2溶液的浓度为20mg mL-1～60mg mL-1。。
根据本发明的一些实施例，所述处理的方式包括退火处理和/或抽真空处理。
根据本发明的一些实施例，所述退火处理的温度范围为100℃～300℃。
根据本发明的一些实施例，所述抽真空处理的真空度≤3000Pa。
根据本发明的一些实施例，通过动态滴涂法或浸泡方式涂覆上所述PbBr2溶液。
本发明的第二方面，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。
本发明的第三方面，提供一种器件，所述器件包括上述的CsPbBr3钙钛矿。
根据本发明的一些实施例，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。
本发明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。
本发明实施例提供了一种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60mg mL-1)使用的磷酸三乙酯无毒、并且不会破坏生成的CsPbBr3钙钛矿，本发明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。
本发明利用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。本发明提供的制备方法具有环境友好、制备快速、操作简单的优点，可为在环境友好的条件下大规模生产钙钛矿太阳能电池提供新的技术路线。由该方法制备出的CsPbBr3薄膜具有覆盖完全的优点，有望在太阳能电池、发光二极管、光电探测器、阻变存储器、随机激光发射器中获得应用。
附图说明
图1为实施例1中形成CsPbBr3钙钛矿薄膜的制备过程示意图；
图2为实施例1中电阳能电池的结构示意图；
图3为实施例1中CsBr薄膜的XRD衍射图；
图4为实施例1中CsBr薄膜的扫描电镜照片；
图5为实施例1中制得的CsPbBr3钙钛矿薄膜的XRD衍射图；
图6为实施例1中制得的CsPbBr3钙钛矿薄膜的扫描电镜照片；
图7为实施例1中制得的太阳能电池的电流-电压曲线；
图8为对比例1中制得的Cs-Pb-Br薄膜的XRD衍射图；
图9为对比例2中制得的Cs-Pb-Br薄膜的XRD衍射图；
图10为对比例3中制得的Cs-Pb-Br薄膜的XRD衍射图；
图11为实施例2中制得的CsPbBr3钙钛矿薄膜的扫描电镜照片；
图12为实施例3中制得的CsPbBr3钙钛矿薄膜的扫描电镜照片；
图13为实施例4中制得的CsPbBr3钙钛矿薄膜的扫描电镜照片；
图14为实施例5中制得的CsPbBr3钙钛矿薄膜的扫描电镜照片；
图15为实施例6中制得的CsPbBr3钙钛矿薄膜的扫描电镜照片；
图16为实施例7中制得的CsPbBr3钙钛矿薄膜的扫描电镜照片。
具体实施方式
以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。
以下实施例中的乙醇均使用的是无水乙醇。
实施例1
本实施例提供一种基于CsPbBr3钙钛矿的太阳能电池，按照以下步骤制备：
(1)利用溶液法制备致密TiO2和多孔TiO2作为电子传输层，获得FTO/TiO2基底。
(2)CsBr溶液的制备：首先，将213mg CsBr溶解于500μL水、400μL无水乙醇和100μL乙二醇(EG)形成的第一溶剂中，并且在室温下搅拌获得浓度为1.0M的澄清的CsBr溶液(即CsBr/(H2O+Ethanol+EG)溶液)。
PbBr2溶液的制备：将PbBr2溶解在第二溶剂磷酸三乙酯(TEP)中，形成浓度为60mgmL-1的PbBr2溶液(即PbBr2/TEP溶液)。
(3)CsPbBr3钙钛矿的制备：将上述的CsBr溶液通过旋涂工艺在FTO/TiO2基底上制备成CsBr薄膜(记为CsBr/EG)，然后向该薄膜滴加PbBr2溶液形成PbBr2薄膜，接着进行退火处理，在250℃热处理5min形成CsPbBr3钙钛矿薄膜。形成CsPbBr3钙钛矿薄膜的制备过程如图1所示。
(4)制备碳电极：通过丝网印刷工艺将购买的碳浆料刮涂至CsPbBr3钙钛矿薄膜上面，随后在90℃退火处理形成碳电极，进而获得一个完整的太阳能电池，其器件结构如图2所示。
对步骤(3)中由CsBr/(H2O+Ethanol+EG)溶液旋涂出来的CsBr薄膜进行表征，其XRD衍射图如图3所示，能够明显检测的位于20.6°，29.3°和42.0°的衍射峰，这些衍射峰对应CsBr晶体的特征峰，表明本方法中第一步制备出的薄膜是CsBr薄膜。它的扫描电镜照片如图4所示，从图中可以看出CsBr薄膜是连续平整的薄膜。取CsBr与PbBr2反应后所获的CsPbBr3钙钛矿薄膜，其XRD测试结果如图5所示，该结果能明显检测到位于15.3°，21.7°和30.8°处的衍射峰，这些衍射峰分别对应CsPbBr3的(100)，(110)和(200)晶面，该结果表明CsBr与PbBr2反应后获得了成分单一的CsPbBr3钙钛矿薄膜。图6为步骤(3)制备出的CsPbBr3钙钛矿薄膜的扫描电镜照片，从图中可以看出，本发明实施例制备出的CsPbBr3钙钛矿薄膜具有覆盖完全的表面，这对制备高性能的太阳能电池至关重要。上述表征结果证明：本发明基于绿色的溶剂体系，通过溶液法能够制备出覆盖完全且相单一的CsPbBr3钙钛矿薄膜。
将本实施例得到的太阳能电池在标准的太阳能模拟器照射，其电流-电压曲线如图7所示，其结果显示短路电流密度Jsc＝7.21mA/cm2，开路电压Voc＝1.25V，填充因子FF＝0.713，光电转换效率PCE＝6.43％。结果表明，利用绿色溶剂水、乙醇、乙二醇作为溶剂溶解CsBr，采用TEP溶解PbBr2。并由此先制备出CsBr薄膜，并将其与PbBr2反应所制备出的CsPbBr3钙钛矿薄膜能够作为光吸收层应用于太阳能电池，并且可获得优异的光伏性能。
效果实施例1
对比例1：
对比例1提供一种Cs-Pb-Br薄膜，按照以下步骤制备：
(1)利用溶液法制备致密TiO2和多孔TiO2作为电子传输层，获得FTO/TiO2基底。
(2)CsBr溶液的制备：首先，将213mg CsBr溶解于500μL水、400μL乙醇和100μL乙二醇形成的混合溶剂中，并且在室温下搅拌获得浓度为1.0M的澄清的CsBr溶液。
PbBr2溶液的制备：将PbBr2溶解在磷酸三乙酯(TEP)中，形成浓度为60mg mL-1的PbBr2溶液。
(3)Cs-Pb-Br薄膜的制备：将上述的PbBr2溶液通过旋涂工艺在FTO/TiO2基底上制备成PbBr2薄膜，然后向该PbBr2薄膜滴加CsBr溶液，并在250℃退火10min，形成Cs-Pb-Br薄膜。
对对比例1中制得的Cs-Pb-Br薄膜进行表征，其XRD图如图8所示，结果表明相较于实施例1的制备方式，对比例1更换CsBr和PbBr2薄膜的沉积顺序后制得的薄膜中主要成分为CsBr，同时有少量的富CsBr相Cs4PbBr6，这是由于PbBr2在TEP中的溶解度较低(～60mgmL-1)，当首先用该溶液沉积PbBr2时，不能获得足够厚的连续薄膜，因而不能为后续制备连续的CsPbBr3薄膜提供物质基础。当不连续的PbBr2薄膜与高浓度的CsBr进行反应时，其产物的成分为未完全反应的CsBr与少量的Cs4PbBr6。实验表明，由于PbBr2在绿色的TEP中低溶解度的限制，通过先沉积PbBr2然后再沉积CsBr的顺序不能获得成分单一且质量较好的CsPbBr3薄膜。
效果实施例2
对比例2：
对比例2提供一种Cs-Pb-Br薄膜，按照以下步骤制备：
(1)利用溶液法制备致密TiO2和多孔TiO2作为电子传输层，获得FTO/TiO2基底。
(2)CsBr溶液的制备：首先，将213mg CsBr溶解于500μL水、400μL异丙醇和100μL乙二醇形成的混合溶剂中，并且在室温下搅拌获得浓度为1.0M的澄清的CsBr溶液。
PbBr2溶液的制备：将PbBr2溶解在磷酸三乙酯(TEP)中，形成浓度为60mg mL-1的PbBr2溶液。
(3)Cs-Pb-Br薄膜的制备：将上述的CsBr溶液通过旋涂工艺在FTO/TiO2基底上旋涂成薄膜，然后向该薄膜滴加PbBr2溶液，最后在250℃退火10min形成Cs-Pb-Br薄膜。
对对比例2中制得的Cs-Pb-Br薄膜进行表征，其XRD图如图9所示，结果显示相较于实施例1中制备得到的CsPbBr3钙钛矿薄膜，对比例2使用异丙醇代替乙醇后制得的Cs-Pb-Br薄膜除了含有CsPbBr3外，还有较多的Cs4PbBr6存在，这不利于制备相单一的薄膜以及后续的太阳能电池。
通过丝网印刷工艺将碳浆料刮涂至对比例2中制得的Cs-Pb-Br薄膜上面，随后在90℃退火处理形成碳电极，进而获得一个完整的太阳能电池。取对比例2中得到的太阳能电池在标准的太阳能模拟器照射，其短路电流密度Jsc＝4.73mA/cm2，开路电压Voc＝1.02V，填充因子FF＝0.644，光电转换效率PCE＝3.11％，光伏性能低于实施例1中的太阳能电池。本发明实施例使用乙醇的目的是增加润湿性，改变CsBr溶液的接触角，以利于其与基底成膜，但通过实验发现当使用异丙醇替代乙醇时，其成膜效果降低，后续得到的太阳能电池的光伏性能下降，实验结果表明不宜使用异丙醇替代乙醇。
效果实施例3
对比例3：
对比例3提供一种Cs-Pb-Br薄膜，按照以下步骤制备：
(1)利用溶液法制备致密TiO2和多孔TiO2作为电子传输层，获得FTO/TiO2基底。
(2)CsBr溶液的制备：首先，将213mg CsBr溶解于500μL水、400μL乙醇和100μL聚乙二醇(PEG)形成的混合溶剂中，并且在室温下搅拌获得浓度为1.0M的澄清的CsBr溶液。
PbBr2溶液的制备：将PbBr2溶解在磷酸三乙酯(TEP)中，形成浓度为60mg mL-1的PbBr2溶液。
(3)Cs-Pb-Br薄膜的制备：将上述的CsBr溶液通过旋涂工艺在FTO/TiO2基底上旋涂成CsBr薄膜，然后向该CsBr薄膜滴加PbBr2溶液，最后在250℃热处理5min形成Cs-Pb-Br薄膜。
对对比例3中制得的Cs-Pb-Br薄膜进行表征，其XRD图如图10所示，结果显示，相较于实施例1，对比例3将乙二醇改成粘度较大的聚乙二醇配制CsBr溶液后，由此制备出的Cs-Pb-Br薄膜的成分非常复杂，含有各种不适合做太阳能电池的相，比如Cs4PbBr6，CsBr。这是因为聚乙二醇的粘度很大，因此由含有聚乙二醇的CsBr溶液旋涂出来的CsBr薄膜很厚，因此当较厚的CsBr薄膜与后续低浓度的PbBr2溶液反应会形成富CsBr的相Cs4PbBr6或者反应不充分，从而残留大量的CsBr。本发明实施例使用乙二醇的目的是增加溶液的粘度，有利于控制成膜的厚度，实验结果表明选择合适粘度的溶剂来配制CsBr溶液，进而获得厚度合适的CsBr薄膜，对其与PbBr2反应制备相单一的CsPbBr3至关重要。
通过丝网印刷工艺将碳浆料刮涂至对比例3中制得的Cs-Pb-Br薄膜上面，随后在90℃退火处理形成碳电极，进而获得一个完整的太阳能电池。取对比例3制得的太阳能电池在标准的太阳能模拟器照射，其短路电流密度Jsc＝4.53mA/cm2，开路电压Voc＝0.87V，填充因子FF＝0.411，光电转换效率PCE＝1.62％，光伏性能低于实施例1中的太阳能电池。
实施例2
本实施例提供一种基于CsPbBr3钙钛矿的太阳能电池，按照以下步骤制备：
(1)利用溶液法制备致密TiO2和多孔TiO2作为电子传输层，获得FTO/TiO2基底。
(2)CsBr溶液的制备：首先，将213mg CsBr溶解于600μL水、200μL乙醇和200μL乙二醇(EG)形成的第一溶剂中，并且在室温下搅拌获得浓度为1.0M的澄清的CsBr溶液。
PbBr2溶液的制备：将PbBr2溶解在第二溶剂磷酸三乙酯(TEP)中，形成浓度为60mgmL-1的PbBr2溶液。
(3)CsPbBr3钙钛矿的制备：将上述的CsBr溶液通过旋涂工艺在FTO/TiO2基底上制备成CsBr薄膜，然后向该薄膜滴加PbBr2溶液，接着进行退火处理，在250℃热处理5min形成CsPbBr3钙钛矿薄膜。
(4)制备碳电极：通过丝网印刷工艺将购买的碳浆料刮涂至CsPbBr3钙钛矿薄膜上面，随后在90℃退火处理形成碳电极，进而获得一个完整的太阳能电池。
对步骤(3)中制得的CsPbBr3钙钛矿薄膜进行表征，其扫描电镜照片如图11所示，结果表明，本实施例调整水、乙醇和乙二醇的体积比例后制备的CsPbBr3钙钛矿薄膜覆盖完全，制备质量较好。
将本实施例得到的太阳能电池在标准的太阳能模拟器照射，其短路电流密度Jsc＝6.18mA/cm2，开路电压Voc＝1.36V，填充因子FF＝0.752，光电转换效率PCE＝6.32％，具有优异的光伏性能。
实施例3
本实施例提供一种基于CsPbBr3钙钛矿的太阳能电池，按照以下步骤制备：
(1)利用溶液法制备致密TiO2和多孔TiO2作为电子传输层，获得FTO/TiO2基底。
(2)CsBr溶液的制备：首先，将213mg CsBr溶解于500μL水、400μL乙醇和100μL乙二醇(EG)形成的第一溶剂中，并且在50℃下搅拌获得浓度为1.0M的澄清的CsBr溶液。
PbBr2溶液的制备：将PbBr2溶解在第二溶剂磷酸三乙酯(TEP)中，形成浓度为60mgmL-1的PbBr2溶液。
(3)CsPbBr3钙钛矿的制备：将上述的CsBr溶液通过旋涂工艺在FTO/TiO2基底上制备成CsBr薄膜，然后向该薄膜滴加PbBr2溶液，接着进行退火处理，在250℃热处理5min形成CsPbBr3钙钛矿薄膜。
(4)制备碳电极：通过丝网印刷工艺将购买的碳浆料刮涂至CsPbBr3钙钛矿薄膜上面，随后在90℃退火处理形成碳电极，进而获得一个完整的太阳能电池。
对步骤(3)中制得的CsPbBr3钙钛矿薄膜进行表征，其扫描电镜照片如图12所示，结果表明，本实施例改变CsBr溶液的温度后制备的CsPbBr3钙钛矿薄膜覆盖完全，制备质量较好。
将本实施例得到的太阳能电池在标准的太阳能模拟器照射，其短路电流密度Jsc＝7.37mA/cm2，开路电压Voc＝1.23V，填充因子FF＝0.691，光电转换效率PCE＝6.26％，具有优异的光伏性能。
实施例4
本实施例提供一种基于CsPbBr3钙钛矿的太阳能电池，按照以下步骤制备：
(1)利用溶液法制备致密TiO2和多孔TiO2作为电子传输层，获得FTO/TiO2基底。
(2)CsBr溶液的制备：首先，将213mg CsBr溶解于500μL水、400μL乙醇和100μL乙二醇(EG)形成的第一溶剂中，并且在室温下搅拌获得浓度为1.0M的澄清的CsBr溶液。
PbBr2溶液的制备：将PbBr2溶解在第二溶剂磷酸三乙酯(TEP)中，形成浓度为40mgmL-1的PbBr2溶液。
(3)CsPbBr3钙钛矿的制备：将上述的CsBr溶液通过旋涂工艺在FTO/TiO2基底上制备成CsBr薄膜，然后向该薄膜滴加PbBr2溶液，接着进行退火处理，在250℃热处理5min形成CsPbBr3钙钛矿薄膜。
(4)制备碳电极：通过丝网印刷工艺将购买的碳浆料刮涂至CsPbBr3钙钛矿薄膜上面，随后在90℃退火处理形成碳电极，进而获得一个完整的太阳能电池。
对步骤(3)中制得的CsPbBr3钙钛矿薄膜进行表征，其扫描电镜照片如图13所示，结果表明，本实施例改变PbBr2溶液的浓度后制备的CsPbBr3钙钛矿薄膜覆盖完全，制备质量较好。
将本实施例得到的太阳能电池在标准的太阳能模拟器照射，其短路电流密度Jsc＝6.05mA/cm2，开路电压Voc＝1.25V，填充因子FF＝0.747，光电转换效率PCE＝5.64％，具有优异的光伏性能。
实施例5
本实施例提供一种基于CsPbBr3钙钛矿的太阳能电池，按照以下步骤制备：
(1)利用溶液法制备致密TiO2和多孔TiO2作为电子传输层，获得FTO/TiO2基底。
(2)CsBr溶液的制备：首先，将213mg CsBr溶解于400μL水、400μL乙醇和200μL乙二醇(EG)形成的第一溶剂中，并且在室温下搅拌获得浓度为1.0M的澄清的CsBr溶液。
PbBr2溶液的制备：将PbBr2溶解在第二溶剂磷酸三乙酯(TEP)中，形成浓度为60mgmL-1的PbBr2溶液。
(3)CsPbBr3钙钛矿的制备：将上述的CsBr溶液通过刮涂工艺在FTO/TiO2基底上制备成CsBr薄膜，然后采用动态旋涂法涂将PbBr2溶液涂覆在CsBr薄膜上面，接着进行退火处理，在250℃热处理5min形成CsPbBr3钙钛矿薄膜。
(4)制备碳电极：通过丝网印刷工艺将购买的碳浆料刮涂至CsPbBr3钙钛矿薄膜上面，随后在90℃退火处理形成碳电极，进而获得一个完整的太阳能电池。
对步骤(3)中制得的CsPbBr3钙钛矿薄膜进行表征，其扫描电镜照片如图14所示，结果表明，本实施例刮涂工艺制备CsBr薄膜，然后与PbBr2反应也能够制备出覆盖完全的CsPbBr3钙钛矿薄膜。
将本实施例得到的太阳能电池在标准的太阳能模拟器照射，其短路电流密度Jsc＝7.13mA/cm2，开路电压Voc＝1.21V，填充因子FF＝0.720，光电转换效率PCE＝6.21％，具有优异的光伏性能。
实施例6
本实施例提供一种基于CsPbBr3钙钛矿的太阳能电池，按照以下步骤制备：
(1)利用溶液法制备致密TiO2和多孔TiO2作为电子传输层，获得FTO/TiO2基底。
(2)CsBr溶液的制备：首先，将213mg CsBr溶解于500μL水、400μL乙醇和100μL乙二醇(EG)形成的第一溶剂中，并且在室温下搅拌获得浓度为1.0M的澄清的CsBr溶液。
PbBr2溶液的制备：将PbBr2溶解在第二溶剂磷酸三乙酯(TEP)中，形成浓度为40mgmL-1的PbBr2溶液。
(3)CsPbBr3钙钛矿的制备：将上述的CsBr溶液通过旋涂工艺在FTO/TiO2基底上制备成CsBr薄膜，然后向该CsBr薄膜浸泡在PbBr2溶液中，接着进行退火处理，在250℃热处理5min形成CsPbBr3钙钛矿薄膜。
(4)制备碳电极：通过丝网印刷工艺将碳浆料刮涂至CsPbBr3钙钛矿薄膜上面，随后在90℃退火处理形成碳电极，进而获得一个完整的太阳能电池。
对步骤(3)中制得的CsPbBr3钙钛矿薄膜进行表征，其扫描电镜照片如图15所示，结果表明，本实施例CsBr薄膜可通过浸泡的方式与PbBr2反应，并通过退火处理形成覆盖完全的CsPbBr3钙钛矿薄膜。
将本实施例得到的太阳能电池在标准的太阳能模拟器照射，其短路电流密度Jsc＝6.98mA/cm2，开路电压Voc＝1.21V，填充因子FF＝0.696，光电转换效率PCE＝5.88％，具有优异的光伏性能。
实施例7
本实施例提供一种基于CsPbBr3钙钛矿的太阳能电池，按照以下步骤制备：
(1)利用溶液法制备致密TiO2和多孔TiO2作为电子传输层，获得FTO/TiO2基底。
(2)CsBr溶液的制备：首先，将213mg CsBr溶解于600μL水、200μL乙醇和200μL乙二醇(EG)形成的第一溶剂中，并且在30℃搅拌获得浓度为1.0M的澄清的CsBr溶液。
PbBr2溶液的制备：将PbBr2溶解在第二溶剂磷酸三乙酯(TEP)中，形成浓度为40mgmL-1的PbBr2溶液。
(3)CsPbBr3钙钛矿的制备：将上述的CsBr溶液通过旋涂工艺在FTO/TiO2基底上制备成CsBr薄膜，然后向该CsBr薄膜滴加PbBr2溶液，接着将薄膜放置于一个气压为100Pa的真空箱中处理60min，抽取薄膜中残留的气体，形成无溶剂残留CsPbBr3钙钛矿薄膜。
(4)制备碳电极：通过丝网印刷工艺将碳浆料刮涂至CsPbBr3钙钛矿薄膜上面，随后在90℃退火处理形成碳电极，进而获得一个完整的太阳能电池。
对步骤(3)中制得的CsPbBr3钙钛矿薄膜进行表征，其扫描电镜照片如图16所示，结果表明，通过抽真空处理的方式取代热退火处理，也可以抽取薄膜中残留的溶剂，最后能够获得覆盖完全的CsPbBr3钙钛矿薄膜。
将本实施例得到的太阳能电池在标准的太阳能模拟器照射，其短路电流密度Jsc＝6.44mA/cm2，开路电压Voc＝1.24V，填充因子FF＝0.722，光电转换效率PCE＝5.77％，具有优异的光伏性能。

Claims (10)

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20mg mL-1～60mg mL-1。
5.根据权利要求1至4任一项所述的CsPbBr3钙钛矿的制备方法，其特征在于，所述处理的方式包括退火处理和/或抽真空处理。
6.根据权利要求5所述的CsPbBr3钙钛矿的制备方法，其特征在于，所述退火处理的温度范围为100℃～300℃。
7.根据权利要求5所述的CsPbBr3钙钛矿的制备方法，其特征在于，所述抽真空处理的真空度≤3000Pa。
8.根据权利要求1至4任一项所述的CsPbBr3钙钛矿的制备方法，其特征在于，通过动态滴涂法或浸泡方式涂覆上所述PbBr2溶液。
9.一种CsPbBr3钙钛矿，其特征在于，所述CsPbBr3钙钛矿由根据权利要求1至8任一项所述的CsPbBr3钙钛矿的制备方法制得。
10.一种器件，其特征在于，所述器件包括权利要求9所述的CsPbBr3钙钛矿；优选地，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。
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