技术领域
[0001] 本
发明涉及一种Cs2SnI6薄膜的制备方法及基于其的光伏器件，属于薄膜
太阳能电池光伏器件的制备工艺领域。
背景技术
[0002]
钙钛矿电池是以
钙钛矿薄膜材料为光吸收层的新型
太阳能电池，一般可表示为AMX3，其中A代表阳离子，常见为甲胺(MA)、甲眯(FA)及铯(Cs)等。近几年来，有机-无机杂化
钙钛矿太阳能电池由于其优异的光电特性而引起光伏界的广泛关注，但其面临着一个严峻的问题，即热
稳定性不好，这导致其不能够应用于实际生产中。有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池的热稳定差主要是由有机基团受热易分解、空气中易吸潮等引起，因此采用更为稳定的无机离子Cs取代有机基团可望解决钙钛矿电池的稳定性问题。
[0003] 近年来新型无机钙钛矿材料CsMX3(M＝Pb，Sn；X＝I，Br)由于具有优异的光电性能和良好的
热稳定性而引起研究者的广泛关注，并可望解决传统有机钙钛矿电池的稳定性
瓶颈问题。立方相的Cs2SnI6是CsSnI3钙钛矿结构的
氧化态，由于CsSnI3钙钛矿材料二价Sn在空气中遇氧气易氧
化成四价Sn无法暴露在空气中使用，限制了该材料的进一步应用。而Cs2SnI6材料具有较高的载流子浓度和迁移率，在空气中可以稳定存在。且相比于传统的Pb钙钛矿材料，Sn材料具有无毒、绿色环保无污染、价格便宜等优势。因此，开发Cs2SnI6薄膜材料的低成本、工艺简单、稳定性好的制备技术就显得尤为重要。
[0004] 传统的Cs2SnI6的合成方法是通过复杂高温合成法，在氩气气氛下通过在三口烧瓶中加入HI、H3PO2与SnI2，在120℃下油浴下首先合成HSnI3，然后加入CsI形成黄色结晶，用丙
酮溶解，置于氩气环境中保持20-24h，获得Cs2SnI6，最后再用无
水乙醇洗涤过滤获得可用的Cs2SnI6粉末样品。该方法复杂耗时，且对工艺要求较高。
发明内容
[0005] 为避免上述
现有技术所存在的不足之处，本发明公开了一种铯锡碘薄膜的制备方法及基于其的光伏器件。
[0006] 本发明为实现发明目的，采用如下技术方案：
[0007] 本发明首先公开了一种铯锡碘薄膜的制备方法，其特点在于：首先将SnI4与CsAc溶于乙醇中，持续搅拌，所得反应液经离心分离、
真空干燥，获得Cs2SnI6粉末；然后将所述Cs2SnI6粉末溶解在DMF溶液中，通
过喷涂工艺沉积在目标基底上，即获得Cs2SnI6薄膜。具体包括如下步骤：
[0008] (1)取1mmol CsAc溶于1-5mL无水乙醇中，再加入1mmol的SnI4粉末，持续搅拌1-3h，对反应液进行离心分离后，所得黑色沉淀60℃真空干燥4-8h，获得Cs2SnI6粉末；
[0009] (2)将所述Cs2SnI6粉末溶解在DMF中，室温搅拌2h，获得250mg/mL Cs2SnI6溶液；
[0010] (3)将目标基底预热至120-140℃，将所述Cs2SnI6溶液加入到
喷枪内，然后在目标基底上均匀
喷涂20s，形成均一致密的薄膜，最后再恒温下
退火5-15min，即得Cs2SnI6薄膜。
[0011] 本发明还公开一种基于铯锡碘薄膜的光伏器件，如图1所示，其是在FTO导电玻璃表面依次沉积有作为
电子传输层的致密层TiO2、作为光吸收层的Cs2SnI6薄膜、作为空穴传输层的Sprio-OMeTAD薄膜(HTM)、和正负
电极(Ag)。
[0012] 上述光伏器件的制备方法，包括如下步骤：
[0013] (1)为防止测试电池时将薄膜夹穿导致电池
短路，将FTO导电玻璃表面部分
刻蚀，具体是：将FTO导电玻璃表面分为沉积区和非沉积区，在所述沉积区的局部均匀平铺上锌粉，然后将2M的HCl滴在锌粉上，刻蚀5min；
[0014] 将刻蚀后的FTO导电玻璃清洗、吹干(将刻蚀后的FTO导电玻璃依次用肥皂水、丙酮、乙醇超声清洗20min，然后用N2吹干，再使用紫外-臭氧清洗机清洗20min)，得到洁净的FTO导电玻璃。
[0015] (2)在FTO导电玻璃表面的沉积区沉积致密层TiO2作为电子传输层；
[0016] (3)以上述的制备方法在所述电子传输层上形成Cs2SnI6薄膜，作为光吸收层；
[0017] (4)在所述Cs2SnI6薄膜上制备Sprio-OMeTAD薄膜作为空穴传输层。
[0018] (5)在所述FTO导电玻璃表面的非沉积区蒸
镀Ag电极作为负电极，在所述空穴传输层上蒸镀Ag电极作为正电极，负电极与电子传输层、光吸收层及空穴传输层不
接触，即得基于Cs2SnI6薄膜的钙钛矿光伏器件。
[0019] 与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：
[0020] 1、本发明Cs2SnI6薄膜的制备方法工艺简单、无污染，原材料丰富、廉价，特别适合制备大批量、低成本太阳能电池，因而有利于推动无机钙钛矿太阳能电池的发展与应用。
[0021] 2、本发明所制得的Cs2SnI6薄膜均一致密，暴露在空气中稳定且不易
相变。
[0022] 3、本发明采用Cs2SnI6
变形钙钛矿结构作为光吸收层材料制备钙钛矿太阳能薄膜电池，与常用的有机无机杂化钙钛矿太阳电池相比，可有效避免当前太阳能电池制备的繁琐
手套箱操作及昂贵真空
蒸发设备投入，在普通大气环境下即可实现高
质量、稳定钙钛矿光吸收层薄膜的低成本制备。
[0023] 4、本发明的Cs2SnI6薄膜材料相比于传统的Pb钙钛矿材料，具有无毒、绿色环保无污染、价格便宜等优势，更适合用作室外应用的太阳能电池，更有利于工业化推广。
附图说明
[0024] 图1为基于铯锡碘薄膜的钙钛矿太阳能电池的结构示意图；
[0025] 图2为Cs2SnI6薄膜的喷涂方法示意图；
[0026] 图3为
实施例1中Cs2SnI6薄膜的
X射线衍射(XRD)图；
[0027] 图4为实施例1中Cs2SnI6薄膜的扫描电子
显微镜照片(SEM)；
[0028] 图5为实施例1中基于Cs2SnI6薄膜的钙钛矿太阳能电池的
电流密度-
电压(J-V)特性曲线；
[0029] 图6为实施例2中基于Cs2SnI6薄膜的钙钛矿太阳能电池的电流密度-电压(J-V)特性曲线；
[0030] 图7为实施例3中基于Cs2SnI6薄膜的钙钛矿太阳能电池的电流密度-电压(J-V)特性曲线。
具体实施方式
[0031] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。以下内容仅仅是对本发明的构思所作的举例和说明，所属
本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的
修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本
权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
[0032] 实施例1
[0033] 本实施例按如下步骤制备Cs2SnI6薄膜及基于其的太阳能电池：
[0034] (1)取1mmol CsAc溶于2mL无水乙醇中，再加入1mmol的SnI4粉末，持续搅拌2h，对反应液进行离心分离后，所得黑色沉淀60℃真空干燥6h，获得黑色的Cs2SnI6粉末；
[0035] (2)将FTO导电玻璃切割成20×15mm的小
块，将其分为15mm宽度与5mm宽度的两部分，分别作为沉积区与非沉积区。然后将沉积区远离非沉积区的5mm宽度作为刻蚀区。在非刻蚀区的部分贴住
胶带，漏出刻蚀区。将锌粉均匀平铺在刻蚀区，将2M的HCl溶液滴在铺好的锌粉上，刻蚀5min。
[0036] 将刻蚀后的FTO导电玻璃依次用肥皂水、丙酮、乙醇超声清洗20min，然后用N2吹干，再使用紫外-臭氧清洗机清洗20min，得到洁净的FTO导电玻璃。
[0037] (3)在FTO导电玻璃表面的沉积区沉积致密层TiO2作为电子传输层：首先取1g 75％双(乙酰丙酮基)二异丙基钛酸酯异丙醇溶液(wt％)加入到10.3g正丁醇中形成
0.15mol/L的TiO2前驱液，取2～3滴上述溶液滴加到干净的FTO导电玻璃表面非刻蚀区，
2000rpm
旋涂40s后取下基片，135℃干燥10min，然后500℃
烧结30min；待烧结结束后，将基片使用40mmol/L TiCl4水溶液70℃处理30min，并再次用500℃烧结30min，即得到致密层TiO2(FTO/c-TiO2)。
[0038] (3)将Cs2SnI6粉末溶解在DMF中，室温搅拌2h，获得250mg/mL Cs2SnI6溶液；
[0039] 将步骤(2)所获得FTO/c-TiO2基片预热至130℃，将Cs2SnI6溶液加入到喷枪内，然后在基片上均匀喷涂20s，形成均一致密的薄膜，最后再在130℃下退火10min，即得Cs2SnI6薄膜。
[0040] (4)在Cs2SnI6薄膜上制备Sprio-OMeTAD薄膜作为空穴传输层：取72.3mg2,2’,7,7’,-[N,N-二(4-甲氧基苯基)
氨基]-9,9’-螺二芴溶于1mL氯苯中，并加入17.5μL浓度为
0.52g/mL的双三氟甲烷磺酰亚胺锂的乙腈溶液和28.8μL 4-叔丁基吡啶，即得Sprio-OMeTAD薄膜旋涂液；在所述Cs2SnI6薄膜上旋涂Sprio-OMeTAD旋涂液，旋涂速度为4000rpm、旋涂时间为30s，即得空穴传输层。
[0041] (5)在FTO导电玻璃表面的非沉积区蒸镀Ag电极作为负电极，在空穴传输层上蒸镀Ag电极作为正电极，正负电极厚度～70nm，即得基于Cs2SnI6薄膜的钙钛矿光伏器件。
[0042] 图1为基于铯锡碘薄膜的钙钛矿太阳能电池的结构示意图；图2为Cs2SnI6薄膜喷涂方法示意图；图3为本实施例所制得的Cs2SnI6薄膜的X射线衍射(XRD)图；图4为本实施例所制得的Cs2SnI6薄膜的扫描电子显微镜照片。可以看出，本实施例所得薄膜均一致密。
[0043] 对本实施例所制作的钙钛矿光伏器件进行性能测试：测试
温度为25℃；
相对湿度为30％；
光源的
光谱辐照度为100mW/m2，并具有标准的AM1.5
太阳光谱辐照度分布。经测试，电池的电流密度-电压(J-V)特性曲线如图5所示。
[0044] 实施例2
[0045] 本实施例按实施例1相同的方法制作Cs2SnI6薄膜及基于其的太阳能电池，区别仅在于步骤(3)中的退火温度为120℃。经测试，本实施例所制作的薄膜均一致密，相应太阳能电池的J-V特性曲线如图6所示。
[0046] 实施例3
[0047] 本实施例按实施例1相同的方法制作Cs2SnI6薄膜及基于其的太阳能电池，区别仅在于步骤(3)中的退火温度为140℃。经测试，本实施例所制作的薄膜均一致密，相应太阳能电池的J-V特性曲线如图7所示。
[0048] 以上仅为本发明的示例性实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
