[发明专利]一种二维-三维混合钙钛矿薄膜及其制备与应用

说明书

本发明属于半导体有机金属卤化物钙钛矿及钙钛矿光伏太阳能电池器件领域，提供了一种二维‑三维混合钙钛矿薄膜及其制备与应用，所述方法包括：使用苯胺作为溶剂快速制备钙钛矿晶粒，将钙钛矿微米晶粒置于二乙胺气氛中可获得液态中间体，以液态中间体为钙钛矿前驱体溶液添加剂制备致密、均匀的二维‑三维混合钙钛矿薄膜，并应用在光伏器件上。本发明技术方案能够获得一种新颖的方法制备致密、均匀的二维‑三维混合钙钛矿薄膜，将这些薄膜用于光电器件，可以获得良好性能。

技术领域

本发明涉及溶剂的选择、液态中间体的制备与应用、二维-三维混合钙钛矿薄膜成膜及钙钛矿光电器件技术领域，具体涉及半导体有机金属卤化物钙钛矿及钙钛矿光伏太阳能电池器件领域。

背景技术

碘铅甲胺(CH₃NH₃PbI₃)作为最早被研究的钙钛矿，因其消光系数高、载流子迁移速率和传输距离长等特点而成为器件制备中使用频率最高的钙钛矿活性层材料。

但未经修饰的CH₃NH₃PbI₃薄膜覆盖率低，存在缺陷以及针孔结构，这会降低薄膜吸光能力和抗水氧侵蚀的能力。

而二维钙钛矿因其结构中含有有机层相对于三维钙钛矿有着出色的耐湿性和稳定性，但其光电性能不如三维钙钛矿材料。因此有人便尝试将2D/3D叠层起来，既能顾及光电效应又能保证湿稳定性。

常见的叠层方法有浸泡法、后处理旋涂法等。本发明提供一种气体氛围降维钙钛矿的方法：在二乙胺气体辅助下制备出了二维-三维混合结构的液态中间体，以此作为添加剂可以通过一步旋涂得到理想的钙钛矿薄膜，晶粒尺寸大且致密，界面接触良好，接触电阻低。将其应用到了电池器件中可以达到良好的光电转化效率和稳定性。

发明内容

本发明提供一种气体氛围降维钙钛矿的方法，能够解决叠层钙钛矿制备方法繁琐、难控制等问题。以二乙胺气体辅助制备出的具有二维-三维混合结构的液态中间体为添加剂的前驱体溶液可以通过一步旋涂得到理想的钙钛矿薄膜。

本发明提供一种有效提高二维-三维钙钛矿混合薄膜成形质量、减少制备流程、可稳定重复的新型成膜技术。

具体的，本发明通过以下技术方案来实现，包括：

一种二维-三维混合钙钛矿薄膜的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤A:钙钛矿晶粒的制备,钙钛矿晶粒由用苯胺溶剂配置的钙钛矿溶液(溶液A)经加热后析出；

步骤B：液态中间体的制备，所述液态中间体是由钙钛矿晶粒放置于二乙胺蒸汽气氛中获得；

步骤C：钙钛矿前驱体溶液的制备，配置钙钛矿溶液(溶液B)，将步骤B得到的液态中间体添加到溶液B中，获得溶液C；

步骤D：二维-三维混合钙钛矿薄膜的制备，所述薄膜的制备是将溶液C通过旋涂后退火的方法生成，同时减少了成膜所需的时间，提高了加工效率。

作为本发明的一种优选技术方案，步骤A中所述溶液B中钙钛矿种类包括有机金属卤化物钙钛矿CH₃NH₃PbA_xB_3-x和CH₃NH₃SnA_xB_3-x中的一种，其中A、B＝Cl、Br或I。

作为本发明的一种优选技术方案，步骤A中溶液A的浓度为0.5～1.0M。加热温度为70～100℃，时间约为2～3h，会析出黑色微米级晶粒。

作为本发明的一种优选技术方案，步骤B中所述二乙胺蒸汽气氛为二乙胺在室温下氮气环境中自然挥发形成。