[发明专利]一种稀土Sm掺杂的全无机钙钛矿、制备方法及其应用

说明书

本发明提供了一种稀土Sm掺杂的全无机钙钛矿，属于太阳能电池技术领域。所述钙钛矿包括稀土元素Sm掺杂的无机卤化物钙钛矿。本发明还提供一种稀土Sm掺杂的全无机钙钛矿在太阳能电池中的应用以及一种含有稀土Sm掺杂的全无机钙钛矿的太阳能电池。本发明引入了一种稀土元素掺杂CsPbI₂Br钙钛矿，重构了CsPbI₂Br钙钛矿晶体结构，调控了薄膜形貌，增加了晶格应力，最终提升了CsPbI₂Br钙钛矿薄膜的湿度稳定性。

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种稀土Sm掺杂的全无机钙钛矿、制备方法及其应用。

背景技术

有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池凭借其适合的带隙、高的载流子迁移率及低的激子结合能受到了研究人员的极大关注。目前，其效率已经从最初的3.8％提升到了目前的25％以上。然而，其有机阳离子的热力学不稳定性极大地限制了其器件商业化应用的进程。为了解决这一问题，全无机钙钛矿应用而生，尤其CsPbI₂Br钙钛矿材料，很好地平衡了稳定性和光伏性能。从2016年发展至今，其效率已经从最初的9.84％提升到了目前的17％以上。但是，CsPbI₂Br钙钛矿材料在周围环境中仍然面临着湿度稳定性差的问题，即在湿度条件下，α-相会快速转变为δ-相的问题，这严重阻碍了器件在环境中的光伏性能。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种稀土Sm掺杂的全无机钙钛矿，通过引入稀土离子，重构了CsPbI₂Br钙钛矿晶体结构，降低了晶粒尺寸，增加了表面能，有效地提升了CsPbI₂Br钙钛矿的湿度稳定性。

本发明第一个目的提供一种稀土Sm掺杂的全无机钙钛矿，所述钙钛矿包括稀土元素Sm掺杂的无机卤化物钙钛矿。

优选的，所述稀土元素Sm掺杂的无机卤化物钙钛矿是将钐源以1-4％的摩尔浓度掺杂至CsPbI₂Br的前驱体溶液中，并通过退火过程而制得；

更优选的，所述钐源为SmBr₃、SmCl₃、SmI₂中的一种或多种。

本发明第二个目的是提供一种稀土Sm掺杂的全无机钙钛矿的制备方法，包括以下步骤：

将钐源以1-4％的摩尔浓度掺杂至CsPbI₂Br的前驱体溶液中，并采用一个梯度退火，在43℃退火3min，在160℃退火10min，即得所述稀土Sm掺杂的全无机钙钛矿。

本发明第三个目的是提供一种稀土Sm掺杂的全无机钙钛矿在太阳能电池中的应用。

本发明第四个目的是提供一种钙钛矿太阳能电池，包括自下而上叠层设置的导电基底、电子传输层、光吸收层、空穴传输层和金属电极层；

所述光吸收层材料包括权利要求上述任一项所述的稀土Sm掺杂的全无机钙钛矿。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果:

本发明提供稀土Sm掺杂的全无机钙钛矿，通过引入稀土元素Sm掺杂CsPbI₂Br钙钛矿，重构了CsPbI₂Br钙钛矿晶体结构，降低了晶粒尺寸，增加了表面能，从而提升了CsPbI₂Br薄膜在室温条件下，湿度约为30％的稳定性，且延缓了相变时间，从而有效地提升了CsPbI₂Br钙钛矿的湿度稳定性；相比于其它有机添加剂，无机添加剂维持了CsPbI₂Br钙钛矿热稳定性的优势。

稀土元素Sm掺杂CsPbI₂Br钙钛矿，为提升CsPbI₂Br无机钙钛矿相稳定性开辟了新的路径，为提升太阳能电池的稳定性的奠定了基础。

附图说明