在无机钙钛矿太阳能电池的研究中,薄膜制备工艺是影响钙钛矿太阳能电池光电转换效率(PCE)的重要因素之一.CsPbBr3钙钛矿作为稳定性极好的无机钙钛矿之一,因其前驱体盐(PbBr2,CsBr)溶解度差异过大,通常采用多步法进行制备.而由于对成膜机理的认识不充分,导致制备的薄膜存在薄膜形貌差、前驱体反应不完全等问题.本文通过旋涂不同次数的CsBr溶液,探究了CsPbBr3钙钛矿的成膜机理.成膜过程中CsBr扩散进入预先沉积的PbBr2薄膜完成反应,短暂反应时间使薄膜深层反应不充分而薄膜表面过度反应,CsPb2Br5和Cs4PbBr6等相伴随CsPbBr3钙钛矿出现,反复退火形成的薄膜阻挡CsBr扩散加剧了这一现象.适当地延长前驱体的反应时间,能为CsBr扩散及反应提供更充分的空间.基于优化反应时间,CsPbBr3钙钛矿薄膜形貌得到改善、其晶粒尺寸得到提升,钙钛矿薄膜中的晶界减少,从而抑制了载流子复合.在4次旋涂和30 s反应时间的条件下,组装的CsPbBr3钙钛矿太阳能电池开路电压从1.01 V提升至1.28 V,PCE从5.32％提升至6.30％,器件短路电流密度Jsc=8.40 mA/cm2,填充因子FF=59％.基于以上研究,为多步旋涂法制备CsPbBr3钙钛矿薄膜和电池提供了理论借鉴.

无机钙钛矿;CsPbBr3;多步旋涂法;反应机理;反应时间

马书鹏;林飞宇;罗媛;朱刘;郭学益;杨英

中南大学冶金与环境学院,长沙 410083;中南大学,有色金属资源循环利用湖南省重点实验室,长沙 410083;中南大学,有色金属资源循环利用湖南省工程研究中心,长沙 410083;广东省高性能薄膜太阳能材料企业重点实验室,清远 511517;清远先导材料有限公司,清远 511517

物理学报

[1]马书鹏;林飞宇;罗媛;朱刘;郭学益;杨英-.多步旋涂过程中CsPbBr3无机钙钛矿成膜机理)[J].物理学报,2022(15):272-280

CsPb2Br5,多步旋涂法

涂过,CsPbBr3,无机钙钛矿,成膜机理,钙钛矿太阳能电池,薄膜制备,制备工艺,光电转换效率,PCE,极好,前驱体,PbBr2,CsBr,溶解度,薄膜形貌,过旋,过度反应,Cs4PbBr6,相伴,退火,阻挡,优化反应,钙钛矿薄膜,晶粒尺寸,晶界,载流子复合,开路电压,短路电流密度,Jsc,mA,填充因子,FF,理论借鉴,反应机理

0.234349