一种双氨基有机化合物钝化材料及其应用制造技术

本发明专利技术提出了一种双氨基有机化合物钝化材料，所述双氨基有机化合物钝化材料包括烷基链段、芳香烃或杂环化合物，所述烷基链段、芳香烃或杂环化合物上包含至少两个官能团A，所述官能团A为氨基。本发明专利技术提供的双氨基有机化合物钝化材料可以通过分子中两个氨基基团与钙钛矿中的卤素离子形成氢键，增强钙钛矿薄膜结晶度，提高载流子寿命，钝化钙钛矿缺陷。在光电器件领域有很好的应用潜力。

【技术实现步骤摘要】
一种双氨基有机化合物钝化材料及其应用
本专利技术涉及一种双氨基有机化合物钝化材料和所述材料钝化钙钛矿的应用，属于光电材料与器件

技术介绍
钙钛矿材料是一类具有ABX3结构通式的晶体结构，其中A一般指的是一些有机阳离子(例如甲胺阳离子CH3NH3+，甲脒阳离子NH＝CHNH3+或铯离子Cs+)，占据正方体的八个顶点；B指的是金属离子(例如Pb2+，Sn2+，Cu2+，Ge2+)，位于正方体的体心；X则表示卤素离子(例如I-，Br-，Cl-)，占据六面体的面心。目前，钙钛矿材料已经广泛应用于钙钛矿太阳能电池、钙钛矿发光、光探测器和激光器等领域。然而，基于现有技术制备的钙钛矿薄膜普遍存在大量缺陷，这些缺陷主要位于晶体表面和晶界处，对光电器件性能和稳定性提升极为不利。钙钛矿材料的表面悬空键和晶界缺陷的钝化已成为抑制钙钛矿膜层中载流子非辐射复合的重要手段。到目前为止，已经报道了氨基基团会与钙钛矿中卤素离子形成氢键，增强钙钛矿薄膜结晶度，提高载流子寿命，钝化钙钛矿缺陷。此外，类似于羧基等官能团与钙钛矿膜层的带电缺陷相互作用，对钙钛矿薄膜起到很好的调控作用。例如，陆续有工作证明了乙二胺、丙二胺、三亚甲基二胺等具有双氨基官能团的材料，可以钝化钙钛矿缺陷并提高膜层质量。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，克服现有技术中钙钛矿存在大量缺陷以及器件效率和稳定性表现差等问题，提供一种双氨基有机化合物钝化材料和应用，基于其对钙钛矿的钝化，有利于提高光电器件的性能。本专利技术提供一种双氨基有机化合物钝化材料，所述双氨基有机化合物钝化材料包括一个烷基链段、芳香烃或杂环化合物，所述烷基链段、芳香烃或杂环化合物上包含至少两个官能团A，所述官能团A为氨基。本专利技术提供的双氨基有机化合物钝化材料，在所述烷基链段、芳香烃或杂环化合物上包含官能团B，所述官能团B为羧基、巯基、羟基、脂基、酰胺、硝基、醛基、芳基、氰基、磺酸基中的至少一个。本专利技术提供双氨基有机化合物钝化材料可以通过分子中两个氨基基团与钙钛矿中的卤素离子形成氢键，不仅增强钙钛矿薄膜结晶度，提高载流子寿命，还可以钝化钙钛矿的带电缺陷。此外，官能团B对钙钛矿薄膜也起到很好的调控作用。基于本专利技术所述的双氨基有机化合物钝化材料制备的钙钛矿在太阳能电池、钙钛矿发光、光探测器以及激光器等光电器件领域中有广泛的应用。作为本专利技术的进一步技术方案，所述双氨基有机化合物钝化材料的结构通式如下所示：式中，R为烷基链段、芳香烃或者杂环化合物中的任意一个，当R为烷基链段时，那么R＝(CH2)n，1≤n≤6且n取整数；X为羧基、巯基、羟基、脂基、酰胺、硝基、醛基、芳基、氰基、磺酸基中的至少一种。本专利技术提供的所述双氨基有机化合物钝化材料直接作为添加剂使用，制备钙钛矿薄膜。其制备工艺包括以下步骤：(1)将双氨基有机化合物钝化材料、金属源化合物以及有机/无机源卤化物按照不同化学计量比溶解在混合极性溶剂中，搅拌均匀后制备成钙钛矿前驱体溶液；(2)将钙钛矿前驱体溶液旋涂到沉积有空穴传输层的ITO基底上，之后滴加反溶剂，然后退火形成平整致密无孔洞的钙钛矿薄膜。本专利技术提供的所述双氨基有机化合物钝化材料直接用于界面处理，制备钙钛矿薄膜。其制备工艺包括以下步骤：(1)将金属源化合物和有机/无机源卤化物按照不同化学计量比溶解在混合极性溶剂中，搅拌均匀后制备成钙钛矿前驱体溶液；(2)将钙钛矿前驱体溶液旋涂到基底上，之后滴加反溶剂，然后退火形成平整致密无孔洞的钙钛矿薄膜；(3)将双氨基有机化合物钝化材料溶解在极性溶剂中，并旋涂到钙钛矿薄膜与其他功能层之间。本专利技术提出一类含有两个氨基和其他可能存在官能团的双氨基有机化合物钝化材料，将其引入到钙钛矿前驱体溶液或者直接旋涂到钙钛矿层与其他功能层之间，可以很好的调控钙钛矿的结晶过程，有效钝化薄膜表面和晶界处的缺陷，获得平整致密的钙钛矿薄膜，在钙钛矿太阳能电池、钙钛矿发光、光探测器和激光器等光电器件领域具有良好的应用前景。进一步的，所述金属源化合物为铅基源化合物、锡基源化合物、铜基源化合物、锗基源化合物中的至少一种，所述铅基源化合物为卤化铅，所述锡基源化合物为卤化亚锡，所述铜基源化合物为卤化铜，所述锗基源化合物为卤化锗；所述有机/无机源卤化物为甲脒氢卤酸盐、甲胺氢卤酸盐、卤化铯中的至少一种。进一步的，所述混合极性溶剂是由DMF、DMSO组成，二者体积比是4:1；极性溶剂为DMF或DMSO。所述金属源化合物与有机/无机源卤化物的摩尔比为1:1，所述双氨基有机化合物钝化材料的添加量为xmol％，其中0≤x≤20。反溶剂为氯苯。采用上述方法制备的所述钙钛矿薄膜质量较高，可应用于钙钛矿光电器件，所述钙钛矿光电器件包括太阳能电池、钙钛矿发光、光电探测器和激光器等。本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：(1)本专利技术提供的双氨基有机化合物钝化材料可以很好的调控钙钛矿薄膜的结晶过程，制备出结晶性更好，晶粒尺寸更大的钙钛矿薄膜；(2)本专利技术提供的双氨基有机化合物可以钝化钙钛矿表面和晶界处缺陷，提高膜层质量；(3)本专利技术提供的双氨基有机化合物对钙钛矿的钝化方式多样化，且制备工艺简单，易于应用在工业化生产中；(4)本专利技术提供的钙钛矿光电器件的制备工艺简单；(5)本专利技术提供的双氨基有机化合物钝化的钙钛矿器件性能优异，展现了双氨基有机化合物在钙钛矿太阳能电池、钙钛矿发光、光探测器以及激光器等光电器件领域的应用潜力。总之，本专利技术提供的双氨基有机化合物钝化材料可以通过分子中两个氨基基团与钙钛矿中的卤素离子形成氢键，增强钙钛矿薄膜结晶度，提高载流子寿命，钝化钙钛矿缺陷。在光电器件领域有很好的应用潜力。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的描述。图1是FASnI3、HDADI掺杂的FASnI3钙钛矿薄膜的XRD图；图2是FASnI3、HDADI掺杂的FASnI3钙钛矿薄膜的光致发光光谱；图3是FASnI3、HDADI掺杂的FASnI3钙钛矿薄膜的紫外可见光吸收光谱；图4是FASnI3、HDADI掺杂的FASnI3钙钛矿薄膜的SEM图；图5是本专利技术在光电器件领域以钙钛矿太阳能电池为例的器件结构图；图6是FASnI3、HDADI掺杂的FASnI3钙钛矿太阳能电池J-V特性曲线；图7是FASnI3、HDADI掺杂的FASnI3钙钛矿太阳能电池在氮气未封装条件下的效率追踪曲线。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的技术方案做进一步的详细说明：本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护权限不限于下述的实施例。实施例1当不添加双氨基有机化合物钝化材料时，FASnI3钙钛矿薄膜的制备方法如下：(1)称取372mg碘化亚锡(SnI2)，168mg甲脒本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双氨基有机化合物钝化材料，其特征在于:所述双氨基有机化合物钝化材料包括烷基链段、芳香烃或杂环化合物，所述烷基链段、芳香烃或杂环化合物上包含至少两个官能团A，所述官能团A为氨基。/n

【技术特征摘要】
1.一种双氨基有机化合物钝化材料，其特征在于:所述双氨基有机化合物钝化材料包括烷基链段、芳香烃或杂环化合物，所述烷基链段、芳香烃或杂环化合物上包含至少两个官能团A，所述官能团A为氨基。


2.根据权利要求1所述一种双氨基有机化合物钝化材料，其特征在于:所述烷基链段、芳香烃或杂环化合物上包含官能团B，所述官能团B为羧基、巯基、羟基、脂基、酰胺、硝基、醛基、芳基、氰基、磺酸基中的至少一个。


3.根据权利要求2所述一种双氨基有机化合物钝化材料，其特征在于，所述双氨基有机化合物钝化材料的结构通式如下所示：



式中，R为烷基链段、芳香烃或者杂环化合物中的任意一个，X为羧基、巯基、羟基、脂基、酰胺、硝基、醛基、芳基、氰基、磺酸基中的至少一种。


4.如权利要求1至3任一项所述一种双氨基有机化合物钝化材料的应用，其特征在于：所述双氨基有机化合物钝化材料直接作为添加剂使用，制备钙钛矿薄膜。


5.根据权利要求4所述一种双氨基有机化合物钝化材料的应用，其特征在于，所述钙钛矿薄膜的制备工艺包括以下步骤：
（1）将双氨基有机化合物钝化材料、金属源化合物以及有机/无机源卤化物按照不同化学计量比溶解在混合极性溶剂中，搅拌均匀后制备成钙钛矿前驱体溶液；
（2）将钙钛矿前驱体溶液旋涂到沉积有空穴传输层的ITO基底上，之后滴加反溶剂，然后退火形成平整致密无孔洞的钙钛矿薄膜。


6.如权利要求1至3任一项所述一种双氨基有机化合物钝化材料的应...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈淑芬，马奔，钱洁，陈俊文，黄维，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32