[发明专利]一种氯化亚锡掺杂的无机钙钛矿薄膜、其制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种氯化亚锡掺杂的无机钙钛矿薄膜、其制备方法及应用，属于新能源材料技术领域。针对现有技术存在的无法获得高湿环境下相结构稳定CsPbI₂Br无机钙钛矿薄膜的问题，本发明提出了一种亚锡离子（Sn²⁺）和氯离子（Cl⁻）共同掺杂CsPbI₂Br无机钙钛矿薄膜的方法，通过在钙钛矿前驱体溶液中加入一定量的SnCl₂无机盐，再利用反溶剂旋涂法便可制得晶粒尺寸减小、薄膜应力增强、立方相结构更加稳固的CsPbI₂Br无机钙钛矿薄膜。该方法能够在保持CsPbI₂Br材料光电性能的基础上，实现其在湿气环境下相结构稳定性的显著改善。该方法操作简单、效果明显，将其应用于无机钙钛矿太阳能电池可以有效提高器件的耐久性。

技术领域

本发明属于新能源材料技术领域，涉及一种氯化亚锡掺杂的无机钙钛矿薄膜、其制备方法及应用。

背景技术

目前，有机/无机杂化钙钛矿太阳能电池的最高认证效率已经达到25.5%，十分接近商业化的单晶硅太阳能电池。然而，杂化钙钛矿中的有机组分（如甲胺离子MA⁺、甲脒离子FA⁺）易受环境中的温度、湿度以及光照等因素影响而分解，致使器件稳定性存在严重缺陷，极大地限制了其商业化进程。

相比之下，纯无机钙钛矿，特别是将无机Cs⁺阳离子完全取代有机基团形成的铯铅卤无机钙钛矿体系CsPbX₃（CsPbI₃，CsPbI₂Br，CsPbIBr₂，CsPbBr₃）在稳定性方面更具优势。由于彻底消除了原有晶格结构中弱键合的有机成分，CsPbX₃无机钙钛矿能够从根源上解决杂化钙钛矿稳定性差的难题；同时CsPbX₃兼具杂化钙钛矿优异的光电特性，因此在构筑稳定高效钙钛矿电池方面具有更大的竞争力。在CsPbX₃无机钙钛矿体系中，纯碘组分CsPbI₃具有最窄的带隙值（1.73eV），是制备高效无机钙钛矿电池的理想选择。然而，CsPbI₃的容忍因子较小（~0.81）,导致其黑色钙钛矿结构在室温下难以稳定存在；CsPbBr₃虽然结构稳定性最好，但是过宽的带隙值（2.36eV）导致CsPbBr₃器件只能利用400~525nm波长的太阳光，严重制约了电池的光伏性能。相比较，拥有比CsPbBr₃更窄带隙（1.91eV）和比CsPbI₃更高结构稳定性的混合卤素CsPbI₂Br材料更具吸引力。近年来，CsPbI₂Br无机钙钛矿电池发展迅速，其最高光电转换效率已经超过18%。但是，CsPbI₂Br无机钙钛矿对空气中的水汽极为敏感。具有黑色立方相的CsPbI₂Br薄膜暴露在紫外光、氧气以及臭氧等环境中都不会发生相变，而只有空气中的水汽会使CsPbI₂Br从黑色立方α相（1.92 eV）转变为黄色δ相（2.85 eV）而失去光学活性，从而影响了器件的光电性能。因此，如何提高CsPbI₂Br无机钙钛矿薄膜在高湿度环境中的相结构稳定性成为其光伏应用的关键。

发明内容