[发明专利]一种空气中制备高性能近红外钙钛矿薄膜的方法

说明书

本发明公开了一种空气中制备高性能近红外钙钛矿薄膜的方法，该方法包括四步：(1)钙钛矿前驱体溶液的配制，(2)反溶剂的掺杂及配制，(3)使用旋涂法将钙钛矿旋涂在衬底上，(4)衬底转移至热台上退火结晶形成钙钛矿薄膜；所述钙钛矿材料的通式为ABX₃，其中A为单价阳离子，B为二价金属阳离子，X为卤素阴离子；反溶剂中混合掺杂六氟磷酸四丁胺(TBAPF‑6)及聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，两种材料共同掺杂，在空气湿度40％的条件下，钙钛矿薄膜的荧光强度可以提升至未处理钙钛矿薄膜的15倍。

技术领域

本发明涉及光致发光技术领域，特别涉及一种空气中制备高性能近红外钙钛矿薄膜的方法。

背景技术

钙钛矿是一种高效的发光材料，它有着高色纯度、覆盖整个可见光区域的可调发射波长以及超高光致发光量子产率等优异性能而被研究者们广泛运用于光电器件领域，并且有着高性能和易制备等优势。

但目前作为钙钛矿光电器件的核心的钙钛矿有源层存在以下问题：

(1)钙钛矿有源层对水汽及氧气非常敏感，长时间暴露在潮湿空气环境中会发生降解。因此几乎所有钙钛矿薄膜的制备都是在氮气气氛的手套箱中，这无疑增加了器件的制备成本。

(2)钙钛矿光电器件的工作环境多为空气。由于钙钛矿在空气中的稳定性差，导致器件的工作时长远低于同类产品，如硅基太阳电池、OLED等。

(3)大规模半导体工艺大多数是在空气环境中进行，若是将钙钛矿引入商业化大规模生产，目前条件下想要得到高质量的钙钛矿光电器件需要将整条生产线安置在氮气环境中，这无疑提升了商业化的成本，也就是说，空气中制备高效、稳定的钙钛矿薄膜势在必行。但是直接在空气中制备未经任何处理的钙钛矿薄膜，相较于手套箱中制备的薄膜，无论是发光效率还是稳定性都会大大降低，在高湿度环境中，空气中制备的钙钛矿薄膜的发光强度甚至仅为手套箱中制备的十分之一。

发明内容

针对以上问题，本发明提供一种空气中制备钙钛矿薄膜的方法，通过对制备钙钛矿薄膜时所需的反溶剂进行掺杂实现空气中制备荧光强度高、稳定性好的钙钛矿薄膜。

为解决上述技术问题，本发明提供以下的技术方案：

一种空气中制备钙钛矿薄膜的方法，所述钙钛矿薄膜的制备方法包括四步：(1)衬底的准备和钙钛矿前驱体溶液的配制；(2)反溶剂的掺杂及配制；(3)使用旋涂法将钙钛矿旋涂在衬底上；(4)退火结晶形成钙钛矿薄膜；所述反溶剂中的掺杂材料为六氟磷酸四丁胺及聚甲基丙烯酸甲酯。

优选地，所述衬底的准备具体为：将衬底切割成方形衬底，并使用RCA清洗法对其进行清洗，后烘干；

所述钙钛矿前驱体溶液的配制：将单价阳离子卤化物与铅卤化物和/或锡卤化物粉末一并溶于N,N-二甲基甲酰胺和二甲基亚砜混合溶液中，并通过磁力搅拌或超声使其快速溶解，所得钙钛矿前驱体溶液中单价阳离子卤化铅和/或锡的浓度为0.2～1M；

所述反溶剂的掺杂及配制：将六氟磷酸四丁胺和2％PMMA氯苯溶液一并加入反溶剂中，并通过磁力搅拌或超声使其混合均匀，所得溶液的掺杂浓度分别为：六氟磷酸四丁胺0.1～0.7mg/ml和PMMA 0.1％～0.4％；

所述钙钛矿薄膜的旋涂使用两步旋涂法，在第二步完成前9～11s时滴加已掺杂的反溶剂；

所述退火结晶具体为：将旋涂完成的衬底转移至热台上退火结晶形成钙钛矿薄膜。

优选地，所述反溶剂为甲苯、氯苯、二氯甲烷或乙酸乙酯中的一种或多种。

优选地，所述N,N-二甲基甲酰胺和二甲基亚砜的体积比为9：1。

优选地，所述衬底为ITO或FTO导电玻璃衬底、p型硅、n型硅、二氧化硅、柔性衬底或石墨烯中的一种。