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摘要

溶液法制备钙钛矿多晶薄膜过程中, 不仅使用有毒溶剂配置前驱液, 而且热处理仍是诱导钙钛矿晶粒生长的主要途径, 这项工艺会增加能耗, 还阻碍柔性电池的发展. 为消除有毒溶剂的使用和高温处理, 本文通过低温溶液加工CsPbBr ₃纳晶薄膜获得相应的多晶薄膜, 应用到太阳电池中. 首先热注入法制备CsPbBr ₃纳米晶墨汁前驱液, 并采用旋涂法制备其纳晶薄膜. 大气环境下, CsPbBr ₃纳晶薄膜经Pb(SCN) ₂与NH ₄Br乙酸甲酯饱和溶液处理制备CsPbBr ₃多晶薄膜, 将其作为吸收层制备钙钛矿太阳电池, 有效提高了电池的性能, 电池效率达到8.43%. 研究表明, Pb(SCN) ₂与NH ₄Br乙酸甲酯(MA)饱和溶液不仅可以使纳晶继续结晶生长, 同时还可以有效地钝化钙钛矿薄膜中的缺陷. 采用该方法制备CsPbBr ₃多晶薄膜过程中, 既无高温处理, 也无高沸点毒性溶剂的使用, 同时适用于刚性和柔性电池的制备.

关键词:

Abstract

In the process of preparing perovskite polycrystalline films by solution method, toxic solvents are used, and heat treatment is still the main way to induce perovskite grain growth, which not only increases energy consumption, but also hinders the development of flexible solar cells. In order to avoid the use of toxic solvents and high-temperature process, CsPbBr ₃nanocrystal films are treated with low temperature solution to obtain corresponding polycrystalline thin films, which are applied to solar cells. Firstly, CsPbBr ₃nanocrystalline (nanocrystalline NC) ink precursor is prepared by hot injection method, and nanocrystalline film is prepared by spinning coating method. In atmospheric environment, CsPbBr ₃nanocrystalline films are prepared by saturated solution of Pb(SCN) ₂and NH ₄Br methyl acetate. Using the CsPbBr ₃nanocrystalline film as an absorbing layer, the perovskite solar cell is prepared and the performance of the cell is effectively improved, and the efficiency of the cell reaches 8.43%. The results show that the saturated solution of Pb(SCN) ₂and NH ₄Br methyl acetate (MA) can not only continue the nanocrystalline crystallization, but also effectively passivate the defects in the perovskite films. In the process of preparing CsPbBr ₃polycrystalline films, neither high temperature treatment nor the high boiling point toxic solvent is used, which is suitable for the preparation rigid and flexible solar cells. The inorganic halide perovskite nanocrystals are developed and used as “ink” to fabricate fully air-processed, electrically stable solar cells. Although the prepared film is composed of mosaic nanocrystals capped with a large number of organic ligands and surface traps, this method provides a new approach for single-step, large-scale fabrication of inorganic perovskite devices. Moreover, the flexible control of the material composition provides a platform for uncovering the optimal conditions for optoelectronics and photonics.

Keywords:

作者及机构信息

1.
2.

通信作者:张喜生,zhangxisheng@ycu.edu.cn

基金项目:山西省自然科学基金(批准号: 202303021211189)和运城学院博士科研项目(批准号: YQ2023068)资助的课题.

Authors and contacts

1.
2.

Corresponding author:Zhang Xi-Sheng,zhangxisheng@ycu.edu.cn

Funds:Project supported by the Natural Science Foundation of Shanxi Province, China (Grant No. 202303021211189) and the Yuncheng University Doctoral Research Project, China (Grant No. YQ2023068).

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Device		V_OC/V	J_SC/ (mA·cm^–2)	FF/%	PCE/%	R_s/Ω
NC film	最大值	1.49	5.62	64.1	5.36	261.4
NC film	平均值	1.46	5.61	63.8	5.23	—
15 s PC film	最大值	1.47	6.34	74.2	6.92	71.7
15 s PC film	平均值	1.46	6.34	73.5	6.80	—
30 s PC film	最大值	1.55	6.96	78.1	8.43	65.9
30 s PC film	平均值	1.54	6.94	77.9	8.35	—

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器件类型	平均寿命 τ_ave/ns	寿命 τ₁/ns	权重 A₁	寿命 τ₂/ ns	权重 A₂
FTO/TiO₂/NC film	14.60	19.71	261945	9.73	556783
FTO/TiO₂/15 s PC film	4.36	4.36	875893	4.36	875893
FTO/TiO₂/30 s PC film	2.13	2.13	3112950	2.13	3112950

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