[发明专利]一种铜铟硒量子点修饰钙钛矿薄膜及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种铜铟硒量子点修饰钙钛矿薄膜及其制备方法和应用，将铜铟硒量子点通过配体交换过程应用于钙钛矿薄膜，实现对钙钛矿薄膜的钝化作用同时提高了薄膜结晶度，并在可见光至近红外光谱范围增强光吸收，拓宽了钙钛矿薄膜对光的吸收范围，制备的钙钛矿薄膜作为活性层或光敏层，应用于太阳能电池、光电探测器以及光致发光器件，具有优异的电化学性能。

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种铜铟硒量子点修饰钙钛矿薄膜及其制备方法和应用。

背景技术

有机-无机卤化物钙钛矿材料家族因其优异的光电性能(如高吸收系数，高光致发光量子产率，迁移率大，激子扩散长度长等)，已成为传统光伏半导体具有潜力的接替者，这促使更多研究人员对其进行深入研究以增进对它们的认识和应用。有早在1980年代初期，钙钛矿材料就得到了初步探索，但是，由于缺乏系统的研究，这些材料的研究进展缓慢。等到1990年代，用于场效应晶体管和有机发光二极管的卤化钙钛矿材料开始得到研究，而在能源相关应用中的潜力，直到2009年Miyasaka的研究小组将CH₃NH₃PbI₃作为染料敏化太阳能电池的光吸收剂之后，才获得了业界普遍的认可。尽管在这项早期工作使得太阳能电池的功率转换效率和稳定性较差，但这项工作作为开启钙钛矿在能源方面的钥匙，成为举足轻重的一环。直至目前为止，卤化物钙钛矿太阳能电池最新的PCE已超过24％，并在近十年内呈现出快速激增的趋势，不仅限于钙钛矿太阳能电池，光电探测器，光致发光器件等光电器件正呈现出蓬勃发展的态势。

尽管有机-无机卤化物钙钛矿材料的风头正旺，也避免不了其固有的缺陷阻碍发展进程。对于有机-无机卤化物钙钛矿，其形成的晶体质量直接决定了薄膜的电荷产生与传输能力，进而影响光电转换能力，因此薄膜的质量至关重要。然而在形成晶体过程中由于种种原因不可避免会形成缺陷态，宏观上表现为薄膜表面的针孔及团聚等现象。而内部微观则表现为非辐射复合中心，过多的晶界或者晶体结构的改变。因此，需要通过额外辅助材料提供钝化作用来减少缺陷态。另外，钙钛矿材料的化学通式可表示为：ABX₃，其中作为A位的材料是有机物，这种A位阳离子的类型会影响钙钛矿的稳定性。由于氧气和水会通过物理或化学方式被吸附在钙钛矿NCs表面并产生相互作用而降解。因此对于有机-无机杂化钙钛矿来说，其有机胺盐对水具有敏感性，使其比全无机钙钛矿更易被水分子分解。为了最终推广实际应用，需要适应各类环境条件，提升材料本身的环境稳定性。

铜铟硒量子点同样作为太阳能电池的有前途的光吸收材料而广为人知，因为它们具有固有的高光吸收系数和可调的带隙。这样铜铟硒量子点可通过合成过程中调节晶粒尺寸来调控光吸收范围，通常他们在红外区域具有较好的吸收。这种作为无机材料具有较高环境的稳定性，并且成本低廉的热门太阳能电池材料，目前还未与钙钛矿材料直接结合起来应用。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种铜铟硒量子点修饰钙钛矿薄膜及其制备方法和应用，将铜铟硒量子点通过配体交换过程应用于钙钛矿薄膜，实现对钙钛矿薄膜的钝化作用同时提高了薄膜结晶度，并在可见光至近红外光谱范围增强光吸收，拓宽了钙钛矿薄膜对光的吸收范围，制备的钙钛矿薄膜作为活性层或光敏层，应用于太阳能电池、光电探测器以及光致发光器件，具有优异的电化学性能。

为了实现以上目的，本发明提供了一种铜铟硒量子点修饰钙钛矿薄膜的制备方法，包括：

1)取具有长链油胺配体的铜铟硒量子点分散于非极性溶剂甲苯中，将具有长链油胺配体铜铟硒量子点的甲苯溶液加入包含硫化钠的极性溶剂DMF中进行配体交换，从而将铜铟硒量子点的配体置换为短链的硫离子，即可分散于极性溶剂DMF中，得到铜铟硒量子点分散液，铜铟硒量子点分散液中铜铟硒量子点的浓度为10～50mg/mL；

2)取等比例的1～1.5mmol的碘化铅和1～1.5mmol的甲胺碘分别加入1～2mL的溶剂DMSO中，得到前驱体溶液，极性溶剂DMF与溶剂DMSO的体积比为：(1:1)～(9:1)；