多步旋涂过程中CsPbBr_(3)无机钙钛矿成膜机理研究

作者：马书鹏; 林飞宇; 罗媛; 朱刘; 郭学益; 杨英

来源：Acta Physica Sinica, 2022, 1-17.

• 无机钙钛矿
• CsPbBr_(3)
• 多步旋涂法
• 反应机理
• 反应时间

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。CsPbBr_(3)钙钛矿作为稳定性极好的无机钙钛矿之一，因其前驱体盐(PbBr_(2)、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CsPbBr_(3)钙钛矿的成膜机理。成膜过程中CsBr扩散进入预先沉积的PbBr_(2)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，CsPb_(2)Br_(5)，Cs_(4)PbBr_(6)等相伴随CsPbBr_(3)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，CsPbBr_(3)钙钛矿薄膜形貌和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CsPbBr_(3)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/cm~(2)，填充因子FF=59%。基于以上研究，为多步旋涂法制备CsPbBr_(3)钙钛矿薄膜和电池提供了理论借鉴。

• 单位
  清远先导材料有限公司; 中南大学