[發明專利]CsPbBr3

有效

• 申請號: 202010660511.1
• 申請日: 2020-07-10
• 公開（公告）號: CN111874941B
• 公開（公告）日: 2022-09-27
• 發明（設計）人: 曹小兵;張國帥;蔡一帆;蔣龍
• 申請（專利權）人: 五邑大學
• 主分類號: H01L31/032
• 分類號: H01L31/032;C01G21/00;H01L31/072
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 劉方

本發明公開了一種CsPbBr₃鈣鈦礦及其制備方法和器件，該制備方法包括以下步驟：CsBr溶液的制備：取CsBr溶于第一溶劑，混合形成CsBr溶液，第一溶劑包括水、乙醇和乙二醇；PbBr₂溶液的制備：取PbBr₂溶于第二溶劑，混合形成PbBr₂溶液，第二溶劑包括磷酸三乙酯；CsPbBr₃鈣鈦礦的制備：取基底，先在基底上覆上CsBr溶液，然后覆上PbBr₂溶液，進行處理使得CsBr與PbBr₂反應生成CsPbBr₃。本發明的方法完全使用綠色的溶劑制備，具有環境友好的優勢，可以為后續鈣鈦礦大規模生產提供新的技術路線，有望在太陽能電池、發光二極管、光電探測器、阻變存儲器、隨機激光發射器中獲得應用。

技術領域

本發明涉及鈣鈦礦材料技術領域，尤其是涉及一種CsPbBr₃鈣鈦礦及其制備方法和器件。

背景技術

溶劑毒性問題，是鈣鈦礦太陽能電池大規模生產前需要解決的一個關鍵問題。在制備鈣鈦礦薄膜中，通常需要大量使用毒性溶劑，比如使用DMF、DMSO、NMP和DMAC來溶解鈣鈦礦前驅體。然而這些有機溶劑均具有毒性，會對環境和人體健康構成威脅。隨著鈣鈦礦電池的大批量工業化生產和應用，將會排放大量的有毒溶劑，由此引發的環保問題和作業人員的健康問題，是完全不能忽視的。國際上，通常以時間加權平均允許濃度(PC-TWA)來確定空氣中有害物質的限定量。根據我國最新公布的工業場所有害因素職業接觸限值(GBZ2.1-2019)的標準，以配制鈣鈦礦溶液最常使用的溶劑DMF為例，其PC-TWA值為 20mg/m³。這就意味著即使在一個1000m³的密閉環境中制備鈣鈦礦太陽能電池，只要22mL 的DMF揮發到空間中，就會超出PC-TWA的值，進而對從業人員的健康產生威脅。事實上，制備鈣鈦礦薄膜過程中需要使用大量的DMF等溶劑。醫學研究表明：DMF可經過皮膚、呼吸道、腸胃進入人體，會對人體的生殖發育系統、神經系統、消化系統等構成危害，尤其是對人體的肝臟產生嚴重的損害。衛生健康機構曾對皮革廠的從業人員健康進行檢測。分析結果表明：即使從業人員暴露在低濃度的DMF環境中，經過長時間的接觸，他們的肝功能損害程度要明顯高于普通人群。在2017年世界衛生組織國際癌癥研究機構公布的致癌物清單中，DMF位列其中。因此，開發低毒/無毒的綠色有機溶劑取代這些有毒溶劑來配制礦溶前驅體溶液，以減少甚至消除有毒溶劑對人體和環境的危害，對未來鈣鈦礦太陽能電池實現產業化，具有十分重要的現實意義。

CsPbBr₃薄膜在大氣環境中表現出優異的穩定性，在太陽能電池、發光二極管、光電探測器、阻變存儲器等領域具有重要的應用價值。在這些器件中，制備覆蓋完全、結晶優異、相單一的CsPbBr₃薄膜對獲得優異性能的器件至關重要。在現有的報道中，通常使用傳統的兩步法制備CsPbBr₃薄膜。第一步，制備PbBr₂薄膜，首先將PbBr₂粉末溶解在DMF中形成溶液，然后通過旋涂工藝成膜并通過退火處理形成PbBr₂薄膜；第二步，將PbBr₂薄膜與CsBr/甲醇溶液反應并通過退火處理形成CsPbBr₃薄膜。由于PbBr₂和CsBr在常規溶劑中溶解度往往有限，因此現已有制備CsPbBr₃薄膜的方法高度依賴于有毒溶劑DMF和甲醇。為消除有毒溶劑DMF和甲醇對環境和作業人員健康的不利影響，開發綠色溶劑體系制CsPbBr₃薄膜，對制備以CsPbBr₃薄膜為核心的相關器件具有重要的現實意義。

發明內容