CN113130765A - 一种基于无机CsPbI2Br粉末的钙钛矿太阳能电池及其制备方法 - Google Patents

一种基于无机CsPbI2Br粉末的钙钛矿太阳能电池及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种基于无机CsPbI2Br粉末的钙钛矿太阳能电池及其制备方法，属于光电材料和光电器件技术领域。依次由ITO导电玻璃衬底、ZnO电子传输层、CsPbI2Br无机钙钛矿光活性层、Spiro‑OMeTAD空穴传输层、Au电极构成。本发明通过预先合成无机CsPbI2Br钙钛矿粉末能够解决化学计量比偏差和非钙钛矿杂质引入等问题，可以改善钙钛矿薄膜结晶性并提高相稳定性，避免单一前驱组分过量或杂质引入造成的钙钛矿相不稳定问题，从而提高钙钛矿太阳能电池的效率和长期稳定性。将该无机CsPbI2Br材料应用于钙钛矿电池领域，有助于高效、稳定和可重复器件的制备。实验结果表明，经过60天的暗态存储，实施例制备的钙钛矿太阳能电池能够保持初始效率的86.1％以上。

Description

一种基于无机CsPbI2Br粉末的钙钛矿太阳能电池及其制备 方法
技术领域
本发明属于光电材料和光电器件技术领域，具体涉及一种基于无机CsPbI2Br粉末的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。
背景技术
有机-无机金属卤化物钙钛矿材料具有光吸收系数高、载流子扩散距离长和迁移率高等诸多优点，是一类优异的光电材料，目前已在太阳能电池、发光二极管和光电探测领域展现出巨大的应用潜力。近年来，有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池效率已超过25％，可以与商业化的硅基太阳能电池相媲美。但受到钙钛矿材料本身性质的限制，器件的热稳定较差。为了克服有机-无机杂化钙钛矿受热易分解的缺点，全无机钙钛矿材料及无机钙钛矿太阳能电池被广泛研究。其中，CsPbI2Br由于具有合理的带隙以及良好的相稳定性受到更多关注。溶液法制备钙钛矿薄膜的质量对前驱体溶液的依赖性极大，前驱体溶液配制过程中导致的化学计量比偏差和非钙钛矿杂质引入都将会影响钙钛矿薄膜的结晶并形成缺陷，进而影响钙钛矿薄膜的光电性质并导致较差的相稳定性，使高效、稳定、可重复的钙钛矿电池器件制备变得非常困难。因此，通过预先合成无机CsPbI2Br钙钛矿粉末，改善钙钛矿薄膜结晶性并增强相稳定性，将是提高器件效率和可重复性的有效途径。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于无机CsPbI2Br粉末的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。本发明采用预先合成的CsPbI2Br钙钛矿粉末能够解决化学计量比偏差和非钙钛矿杂质引入等问题，改善钙钛矿薄膜的结晶质量，从而实现高效、稳定和可重复的无机钙钛矿太阳能电池器件。
本发明第一方面提供了一种无机CsPbI2Br钙钛矿粉末的合成方法，包括：将材料1分散于反应溶剂中并搅拌，然后将材料2缓慢加入到材料1溶液中，得到混合溶液；将混合溶液在室温条件下搅拌20～28小时，使两种材料充分反应并产生沉淀；将所得沉淀离心、清洗、重结晶，40～80℃条件下真空干燥20～28小时；干燥结束后即得到无机CsPbI2Br钙钛矿粉末。
进一步地，所述材料1为CsBr和CsI中的一种，所述材料2为等摩尔的PbI2和PbBr2的混合物或单一PbI2。
进一步地，所述材料1溶液中，材料1的摩尔浓度为0.5～0.8M。
进一步地，所述材料1与材料2的摩尔比为1.1～1.3：1。
进一步地，所述反应溶剂为乙腈、乙醇、甲醇、异丙醇中的一种，清洗时使用的溶剂与反应溶剂相同；所述重结晶使用的溶剂为乙醚。
本发明第二方面提供了一种基于无机CsPbI2Br粉末的钙钛矿太阳能电池，其特征在于：从下至上，依次由ITO(氧化铟锡)导电玻璃衬底(ITO作为器件阴极)、ZnO电子传输层、CsPbI2Br无机钙钛矿光活性层、Spiro-OMeTAD(2,2',7,7'-四-(二甲氧基二苯胺)-螺芴)空穴传输层、Au电极(Au作为器件阳极)构成；其中，ITO导电薄膜的厚度为80～150nm，ZnO电子传输层的厚度为15～30nm，CsPbI2Br无机钙钛矿光活性层的厚度为250～350nm，Spiro-OMeTAD空穴传输层的厚度为100～200nm，Au电极的厚度为60～80nm；器件的结构示意图如图1所示。
本发明所述的基于无机CsPbI2Br粉末的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其步骤如下：
(1)ITO导电玻璃衬底清洗
将ITO导电玻璃衬底依次置于去离子水、丙酮和异丙醇中，分别超声清洗15～20分钟，然后氮气吹干；
(2)溶液旋涂法制备ZnO电子传输层
配制浓度为6～8mg/mL的ZnO正丁醇溶液，将该溶液旋涂于步骤(1)得到的干净ITO导电玻璃衬底表面，旋涂转速为2000～3000转/分钟，旋涂时间为30～50秒；然后于室温下放置20～30分钟待溶剂挥发完全，从而在ITO导电玻璃衬底上得到厚度15～30nm的ZnO电子传输层；
(3)溶液旋涂法制备CsPbI2Br钙钛矿光活性层
将0.8～1.2mmol无机CsPbI2Br钙钛矿粉末溶于0.1～0.2mL二甲基甲酰胺(DMF)和0.8～1.0mL二甲基亚砜(DMSO)的混和溶剂中，获得钙钛矿前驱溶液；然后将该钙钛矿前驱溶液旋涂于步骤(2)得到的ZnO电子传输层表面，旋涂转速为2000～5000转/分钟，旋涂时间为30～60秒，在旋涂结束前的第25～15秒内向旋转的表面滴加0.1～0.6mL的乙醚、甲苯、乙酸乙酯或氯苯作为反溶剂；最后在45～55℃下预结晶1～2分钟，然后在160～200℃下退火8～12分钟，得到厚度为250～350nm的钙钛矿光活性层；
(4)溶液旋涂法制备Spiro-OMeTAD空穴传输层
将500～550mg的LiTFSI(双三氟甲烷磺酰亚胺锂)溶解于1mL乙腈，得到LiTFSI的乙腈溶液；再量取17.5μL LiTFSI的乙腈溶液、50～75mg Spiro-OMeTAD和20～30μL 4-叔丁基吡啶溶解于1mL氯苯中，搅拌10～15小时得到Spiro-OMeTAD空穴传输层溶液；将Spiro-OMeTAD空穴传输层溶液旋涂于步骤(3)得到的CsPbI2Br钙钛矿光活性层表面，旋涂转速为1500～3000转/分钟，旋涂时间为20～40秒，得到厚度100～200nm的Spiro-OMeTAD空穴传输层；
(5)真空蒸镀法制备Au电极
在真空度为3×10-4～6×10-4Pa条件下，在步骤(4)得到的Spiro-OMeTAD空穴传输层表面蒸镀60～80nm厚的Au电极，从而得到本发明所述的基于无机CsPbI2Br粉末的钙钛矿太阳能电池。
附图说明
图1：本发明所述器件的结构示意图，器件的各部分名称分别为：玻璃衬底1、ITO导电薄膜2、ZnO电子传输层3、钙钛矿光活性层4、Spiro-OMeTAD空穴传输层5、Au电极6；
图2：本发明实施例1～3和对比例1所制备钙钛矿太阳能电池的电流密度-电压曲线，其中，曲线1表示实施例1中所制备钙钛矿太阳能电池器件的电流密度-电压曲线；曲线2表示实施例2中所制备钙钛矿太阳能电池器件的电流密度-电压曲线；曲线3表示实施例3中所制备钙钛矿太阳能电池器件的电流密度-电压曲线；曲线4表示对比例1中所制备钙钛矿太阳能电池器件的电流密度-电压曲线；
如图所示，实施例1中制备的钙钛矿太阳能电池的能量转换效率为13.45％；实施例2中制备的钙钛矿太阳能电池的能量转换效率为14.85％；实施例3中制备的钙钛矿太阳能电池的能量转换效率为14.26％；对比例1中制备的钙钛矿太阳能电池的能量转换效率为12.30％；
图3：本发明实施例1～3和对比例1所制备钙钛矿太阳能电池的外量子效率曲线，其中，曲线1表示实施例1中所制备钙钛矿太阳能电池器件的外量子效率曲线；曲线2表示实施例2中所制备钙钛矿太阳能电池器件的外量子效率曲线；曲线3表示实施例3中所制备钙钛矿太阳能电池器件的外量子效率曲线；曲线4表示对比例1中所制备钙钛矿太阳能电池器件的外量子效率曲线；
如图所示，相比于对比例1中制备的钙钛矿太阳能电池，实施例1～3中使用预先合成CsPbI2Br粉末法制备的钙钛矿太阳能电池器件在350～650nm范围的光子利用率明显提高。同时，在CsPbI2Br粉末合成过程中，CsBr和PbI2的用量摩尔比例为1.2：1时，所制备的钙钛矿太阳能电池器件的外量子效率最高。
图4：本发明实施例1～3和对比例1所制备钙钛矿太阳能电池的效率分布直方图，其中，图a表示实施例1中所制备钙钛矿太阳能电池器件的效率分布直方图；图b表示实施例2中所制备钙钛矿太阳能电池器件的效率分布直方图；图c表示实施例3中所制备钙钛矿太阳能电池器件的效率分布直方图；图d表示对比例1中所制备钙钛矿太阳能电池器件的效率分布直方图；
如图所示，相比于对比例1中制备的钙钛矿太阳能电池，实施例1～3中使用预先合成CsPbI2Br粉末法制备的钙钛矿太阳能电池器件展现出良好的重复性，同时，在CsPbI2Br粉末合成过程中，CsBr和PbI2的用量摩尔比例为1.2：1时，所制备的器件重复性最好；
图5：本发明实施例1～3和对比例1所制备钙钛矿太阳能电池的长期稳定性，其中，曲线1表示实施例1中所制备钙钛矿太阳能电池器件的长期稳定性；曲线2表示实施例2中所制备钙钛矿太阳能电池器件的长期稳定性；曲线3表示实施例3中所制备钙钛矿太阳能电池器件的长期稳定性；曲线4表示对比例1中所制备钙钛矿太阳能电池器件的长期稳定性；
如图所示，相比于对比例1中制备的钙钛矿太阳能电池，实施例1～3中所制备的器件在空气中的长期稳定性都有明显提高；经过60天的暗态存储，实施例1中制备的钙钛矿太阳能电池能够保持初始效率的86.1％；实施例2中制备的钙钛矿太阳能电池能够保持初始效率的91.2％；实施例3中制备的钙钛矿太阳能电池能够保持初始效率的88.9％；对比例1中制备的钙钛矿太阳能电池仅能够保持初始效率的64.3％。
具体实施方式
实施例1：
将ITO导电玻璃衬底依次置于去离子水、丙酮和异丙醇中，分别超声清洗15分钟，然后氮气枪吹干备用。
配制浓度为6mg/mL的ZnO正丁醇溶液，将该溶液旋涂于干净的ITO导电玻璃衬底表面，旋涂转速为2000转/分钟，旋涂时间为40秒；然后于室温下放置25分钟待溶剂挥发完全，得到厚度20nm的ZnO电子传输层；
将6.6mmol的CsBr分散在10mL的乙腈溶剂中，搅拌30分钟后，将6mmol的PbI2粉末缓慢加入CsBr溶液中，然后将得到的混合溶液持续搅拌24小时，使混合溶液反应并析出无机CsPbI2Br钙钛矿沉淀。用乙腈溶剂对生成沉淀进行清洗，并离心，反复三次，再用乙醚对其重结晶并离心，反复三次，得到最后沉淀物。将清洗并重结晶后的沉淀物置于60℃真空烘箱中干燥，即得到本实施例的CsPbI2Br无机钙钛矿粉末，产率能够达到85％以上。
将1mmol预先合成的CsPbI2Br无机钙钛矿粉末溶解于0.1mL的DMF和0.9mL的DMSO混和溶液中，室温搅拌4小时；然后将该溶液旋涂于ZnO电子传输层表面，旋涂转速为3000转/分钟，旋涂时间为60秒，在旋涂结束前的第15秒向旋转的表面滴加0.15mL的氯苯作为反溶剂；最后在50℃条件下预结晶1分钟，然后在180℃条件下进一步退火10分钟，得到厚度为300nm的钙钛矿光活性层。
将520mg的LiTFSI溶解于1mL乙腈，得到LiTFSI的乙腈溶液；再量取17.5μL LiTFSI的乙腈溶液、72.3mg Spiro-OMeTAD和28.8μL 4-叔丁基吡啶溶解于1mL氯苯中，搅拌12小时得到Spiro-OMeTAD空穴传输层溶液；将Spiro-OMeTAD空穴传输层溶液旋涂于CsPbI2Br钙钛矿薄膜表面，旋涂转速为1500转/分钟，旋涂时间为30秒，无需退火处理，得到厚度150nm的Spiro-OMeTAD空穴传输层；
在真空度为5×10-4Pa真空条件下，在Spiro-OMeTAD空穴传输层表面蒸镀70nm厚的Au电极，器件制备完成。
实施例2：
将ITO导电玻璃衬底依次置于去离子水、丙酮和异丙醇中，分别超声清洗15分钟，然后氮气枪吹干备用。
配制浓度为6mg/mL的ZnO正丁醇溶液，将该溶液旋涂于干净的ITO导电玻璃衬底表面，旋涂转速为2000转/分钟，旋涂时间为40秒；然后于室温下放置25分钟待溶剂挥发完全，得到厚度20nm的ZnO电子传输层；
将7.2mmol的CsBr分散在10mL的乙腈溶剂中，搅拌30分钟后，将6mmol的PbI2粉末缓慢加入CsBr溶液中，然后将得到的混合溶液持续搅拌24小时，使混合溶液反应并析出无机CsPbI2Br钙钛矿沉淀。用乙腈溶剂对生成沉淀进行清洗，并离心，反复三次，再用乙醚对其重结晶并离心，反复三次，得到最后沉淀物。将清洗并重结晶后的沉淀物置于60℃真空烘箱中干燥，即得到本实施例的CsPbI2Br无机钙钛矿粉末，产率能够达到85％以上。
将1mmol预先合成的CsPbI2Br无机钙钛矿粉末溶解于0.1mL的DMF和0.9mL的DMSO混和溶液中，室温搅拌4小时；然后将该溶液旋涂于ZnO电子传输层表面，旋涂转速为3000转/分钟，旋涂时间为60秒，在旋涂结束前的第15秒向旋转的表面滴加0.15mL的氯苯作为反溶剂；最后在50℃条件下预结晶1分钟，在180℃条件下进一步退火10分钟，得到厚度为300nm的钙钛矿光活性层。
将520mg的LiTFSI溶解于1mL乙腈，得到LiTFSI的乙腈溶液；再量取17.5μL LiTFSI的乙腈溶液、72.3mg Spiro-OMeTAD和28.8μL 4-叔丁基吡啶溶解于1mL氯苯中，搅拌12小时得到Spiro-OMeTAD空穴传输层溶液；将Spiro-OMeTAD空穴传输层溶液旋涂于CsPbI2Br钙钛矿薄膜表面，旋涂转速为1500转/分钟，旋涂时间为30秒，无需退火处理，得到厚度150nm的Spiro-OMeTAD空穴传输层。
在真空度为5×10-4Pa真空条件下，在Spiro-OMeTAD空穴传输层表面蒸镀70nm厚的Au电极，器件制备完成。
实施例3：
将ITO导电玻璃衬底依次置于去离子水、丙酮和异丙醇中，分别超声清洗15分钟，然后氮气枪吹干备用。
配制浓度为6mg/mL的ZnO正丁醇溶液，将该溶液旋涂于干净的ITO导电玻璃衬底表面，旋涂转速为2000转/分钟，旋涂时间为40秒；然后于室温下放置25分钟待溶剂挥发完全，得到厚度20nm的ZnO电子传输层；
将7.8mmol的CsBr分散在10mL的乙腈溶剂中，搅拌30分钟后，将6mmol的PbI2粉末缓慢加入CsBr溶液中，然后将得到的混合溶液持续搅拌24小时，使混合溶液反应并析出无机CsPbI2Br钙钛矿沉淀。用乙腈溶剂对生成沉淀进行清洗，并离心，反复三次，再用乙醚对其重结晶并离心，反复三次，得到最后沉淀物。将清洗并重结晶后的沉淀物置于60℃真空烘箱中干燥，即得到本实施例的CsPbI2Br无机钙钛矿粉末，产率能够达到85％以上。
将1mmol预先合成的CsPbI2Br无机钙钛矿粉末溶解于0.1mL的DMF和0.9mL的DMSO混和溶液中，室温搅拌4小时；然后将该溶液旋涂于ZnO电子传输层表面，旋涂转速为3000转/分钟，旋涂时间为60秒，在旋涂结束前的第15秒向旋转的表面滴加0.15mL的氯苯作为反溶剂；最后在50℃条件下预结晶1分钟，在180℃条件下进一步退火10分钟，得到厚度为300nm的钙钛矿光活性层。
将520mg的LiTFSI溶解于1mL乙腈，得到LiTFSI的乙腈溶液；再量取17.5μL LiTFSI的乙腈溶液、72.3mg Spiro-OMeTAD和28.8μL 4-叔丁基吡啶溶解于1mL氯苯中，搅拌12小时得到Spiro-OMeTAD空穴传输层溶液；将Spiro-OMeTAD空穴传输层溶液旋涂于CsPbI2Br钙钛矿薄膜表面，旋涂转速为1500转/分钟，旋涂时间为30秒，无需退火处理，得到厚度150nm的Spiro-OMeTAD空穴传输层。
在真空度为5×10-4Pa真空条件下，在Spiro-OMeTAD空穴传输层表面蒸镀70nm厚的Au电极，器件制备完成。
对比例1：
将ITO导电玻璃衬底依次置于去离子水、丙酮和异丙醇中，分别超声清洗15分钟，然后氮气枪吹干备用。
配制浓度为6mg/mL的ZnO正丁醇溶液，将该溶液旋涂于干净的ITO导电玻璃衬底表面，旋涂转速为2000转/分钟，旋涂时间为40秒；然后于室温下放置25分钟待溶剂挥发完全，得到厚度20nm的ZnO电子传输层；
将1mmol的CsBr、1mmol的PbI2溶解于0.1mL的DMF和0.9mL的DMSO混和溶剂中，配制CsPbI2Br钙钛矿前驱溶液，室温搅拌4小时；然后将该溶液旋涂于ZnO电子传输层表面，旋涂转速为3000转/分钟，旋涂时间为60秒，在旋涂结束前的第15秒向旋转的表面滴加0.15mL的氯苯作为反溶剂；最后在50℃条件下预结晶1分钟，在180℃条件下进一步退火10分钟，得到厚度为300nm的钙钛矿光活性层。
将520mg的LiTFSI溶解于1mL乙腈，得到LiTFSI的乙腈溶液；再量取17.5μL LiTFSI的乙腈溶液、72.3mg Spiro-OMeTAD和28.8μL 4-叔丁基吡啶溶解于1mL氯苯中，搅拌12小时得到Spiro-OMeTAD空穴传输层溶液；将Spiro-OMeTAD空穴传输层溶液旋涂于CsPbI2Br钙钛矿薄膜表面，旋涂转速为1500转/分钟，旋涂时间为30秒，无需退火处理，得到厚度150nm的Spiro-OMeTAD空穴传输层。
在真空度为5×10-4Pa真空条件下，在Spiro-OMeTAD空穴传输层表面蒸镀70nm厚的Au电极，器件制备完成。

Claims (6)

1.一种基于无机CsPbI2Br粉末的钙钛矿太阳能电池，其特征在于：从下至上，依次由ITO导电玻璃衬底、ZnO电子传输层、CsPbI2Br无机钙钛矿光活性层、Spiro-OMeTAD空穴传输层、Au电极构成；其中，是将材料1分散于反应溶剂中并搅拌，然后将材料2缓慢加入到材料1溶液中，得到混合溶液；将混合溶液在室温条件下搅拌20～28小时，使两种材料充分反应并产生沉淀；将所得沉淀离心、清洗、重结晶，40～80℃条件下真空干燥20～28小时；干燥结束后得到无机CsPbI2Br钙钛矿粉末；材料1为CsBr和CsI中的一种，材料2为等摩尔的PbI2和PbBr2的混合物或单一PbI2；Spiro-OMeTAD为2,2',7,7'-四-(二甲氧基二苯胺)-螺芴。
2.如权利要求1所述的一种基于无机CsPbI2Br粉末的钙钛矿太阳能电池，其特征在于：所述反应溶剂为乙腈、乙醇、甲醇、异丙醇中的一种，清洗时使用的溶剂与反应溶剂相同，重结晶时使用的溶剂为乙醚。
3.如权利要求1所述的一种基于无机CsPbI2Br粉末的钙钛矿太阳能电池，其特征在于：材料1溶液中，材料1的摩尔浓度为0.5～0.8M，材料1与材料2的摩尔比为1.1～1.3：1。
4.如权利要求1所述的一种基于无机CsPbI2Br粉末的钙钛矿太阳能电池，其特征在于：ITO导电薄膜的厚度为80～150nm，ZnO电子传输层的厚度为15～30nm，CsPbI2Br无机钙钛矿光活性层的厚度为250～350nm，Spiro-OMeTAD空穴传输层的厚度为100～200nm，Au电极的厚度为60～80nm。
5.权利要求1～4任何一项所述的基于无机CsPbI2Br粉末的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其步骤如下：
(1)ITO导电玻璃衬底清洗
将ITO导电玻璃衬底依次置于去离子水、丙酮和异丙醇中，分别超声清洗15～20分钟，然后氮气吹干；
(2)溶液旋涂法制备ZnO电子传输层
配制浓度为6～8mg/mL的ZnO正丁醇溶液，将该溶液旋涂于步骤(1)得到的干净ITO导电玻璃衬底表面，然后于室温下放置20～30分钟待溶剂挥发完全，从而在ITO导电玻璃衬底上得到ZnO电子传输层；
(3)溶液旋涂法制备CsPbI2Br钙钛矿光活性层
将0.8～1.2mmol无机CsPbI2Br钙钛矿粉末溶于0.1～0.2mL二甲基甲酰胺和0.8～1.0mL二甲基亚砜的混和溶剂中，获得钙钛矿前驱溶液；然后将该钙钛矿前驱溶液旋涂于步骤(2)得到的ZnO电子传输层表面，在旋涂结束前的第25～15秒内向旋转的表面滴加0.1～0.6mL的乙醚、甲苯、乙酸乙酯或氯苯作为反溶剂；最后在45～55℃下预结晶1～2分钟，再在160～200℃下退火8～12分钟，得到钙钛矿光活性层；
(4)溶液旋涂法制备Spiro-OMeTAD空穴传输层
将500～550mg的LiTFSI溶解于1mL乙腈，得到LiTFSI的乙腈溶液；再量取17.5μLLiTFSI的乙腈溶液、50～75mg Spiro-OMeTAD和20～30μL 4-叔丁基吡啶溶解于1mL氯苯中，搅拌10～15小时得到Spiro-OMeTAD空穴传输层溶液；将Spiro-OMeTAD空穴传输层溶液旋涂于步骤(3)得到的CsPbI2Br钙钛矿光活性层表面，得到Spiro-OMeTAD空穴传输层；
(5)真空蒸镀法制备Au电极
在真空度为3×10-4～6×10-4Pa条件下，在步骤(4)得到的Spiro-OMeTAD空穴传输层表面蒸镀Au电极，从而得到基于无机CsPbI2Br粉末的钙钛矿太阳能电池。
6.如权利要求5所述的基于无机CsPbI2Br粉末的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于：步骤(2)中的旋涂转速为2000～3000转/分钟，旋涂时间为30～50秒；步骤(3)中的旋涂转速为2000～5000转/分钟，旋涂时间为30～60秒；步骤(3)中的旋涂转速为1500～3000转/分钟，旋涂时间为20～40秒。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110817942A (zh) * 2019-11-13 2020-02-21 中国工程物理研究院化工材料研究所 全无机钙钛矿前驱体的制备方法及基于全无机钙钛矿前驱体制备的电池
CN113809190A (zh) * 2021-09-14 2021-12-17 中山大学 一种全无机钙钛矿薄膜的低温制备方法及其应用
CN114122262A (zh) * 2021-11-22 2022-03-01 华能新能源股份有限公司 一种钙钛矿材料的制备方法和太阳能电池
CN114744129A (zh) * 2022-03-23 2022-07-12 深圳黑晶光电技术有限公司 预合成钙钛矿粉末用于产业化制备太阳能电池的方法
CN114899326A (zh) * 2022-04-12 2022-08-12 贵州大学 一种在空气中制备高质量无机钙钛矿活性层的方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111106248A (zh) * 2019-12-17 2020-05-05 武汉理工大学 一种新型钙钛矿有机-无机杂合物薄膜及其制备方法
CN111785838A (zh) * 2020-06-30 2020-10-16 厦门大学 一种有机无机杂化钙钛矿粉末及其制备方法和应用
CN112142100A (zh) * 2020-09-29 2020-12-29 陕西师范大学 一种钙钛矿多晶薄片及其制备方法和应用

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111106248A (zh) * 2019-12-17 2020-05-05 武汉理工大学 一种新型钙钛矿有机-无机杂合物薄膜及其制备方法
CN111785838A (zh) * 2020-06-30 2020-10-16 厦门大学 一种有机无机杂化钙钛矿粉末及其制备方法和应用
CN112142100A (zh) * 2020-09-29 2020-12-29 陕西师范大学 一种钙钛矿多晶薄片及其制备方法和应用

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
MUHAMMED P. U. HARIS, ET AL.: "《Low-Temperature-Processed Perovskite Solar Cells Fabricated from Presynthesized CsFAPbI3 Powder》", 《ACS APPL. ENERGY MATER.》 *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110817942A (zh) * 2019-11-13 2020-02-21 中国工程物理研究院化工材料研究所 全无机钙钛矿前驱体的制备方法及基于全无机钙钛矿前驱体制备的电池
CN113809190A (zh) * 2021-09-14 2021-12-17 中山大学 一种全无机钙钛矿薄膜的低温制备方法及其应用
CN113809190B (zh) * 2021-09-14 2024-07-19 中山大学 一种全无机钙钛矿薄膜的低温制备方法及其应用
CN114122262A (zh) * 2021-11-22 2022-03-01 华能新能源股份有限公司 一种钙钛矿材料的制备方法和太阳能电池
CN114744129A (zh) * 2022-03-23 2022-07-12 深圳黑晶光电技术有限公司 预合成钙钛矿粉末用于产业化制备太阳能电池的方法
CN114899326A (zh) * 2022-04-12 2022-08-12 贵州大学 一种在空气中制备高质量无机钙钛矿活性层的方法
CN114899326B (zh) * 2022-04-12 2024-04-12 贵州大学 一种在空气中制备高质量无机钙钛矿活性层的方法

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