一种降低有机-无机杂化钙钛矿薄膜离子迁移的方法技术

本发明专利技术属于提高材料稳定性的方法，具体涉及一种降低有机

【技术实现步骤摘要】
一种降低有机-无机杂化钙钛矿薄膜离子迁移的方法


[0001]本专利技术属于提高材料稳定性的方法，具体涉及一种降低有机-无机杂化钙钛矿薄膜离子迁移的方法。

技术介绍

[0002]钙钛矿太阳能电池作为新一代的光伏器件，近年来受到相关领域科研人员的关注与研究。有机-无机杂化钙钛矿材料作为钙钛矿太阳能电池的吸光层，具有载流子扩散长度较长、禁带宽度较小、吸光系数优异等特点，目前其光电转换效率已达到25％以上。然而，目前的瓶颈问题之一是其稳定性问题。影响器件稳定性的因素有很多，其中一重要原因是其离子迁移特性，其一方面给材料带来缺陷，形成光电复合中心；另一方面加速了相分离，使材料丧失优异的电转换特性。此外，离子迁移也给钙钛矿材料的载流子传输层带来了很致命的影响，如碘离子的迁移会腐蚀金属电极，使铝、银等电极材料很难应用到正式器件结构中。因此，解决钙钛矿材料当中的离子迁移问题，无论对提高器件的光电转换效率还是对提高器件的长期工作寿命，以及降低器件制备成本都是至关重要的。
[0003]离子迁移早在几年前就被发现，但仍缺乏有效的解决方案。通常采用材料界面阻隔层来限制离子迁移，如引入二维钙钛矿结构、致密氧化物层等。这类方法可以有效限制离子的迁移，很好的保护的电极的稳定性，但是仍不能限制钙钛矿材料内部的离子迁移，对器件稳定性的提升作用有限。于是，开发更为有效的限制薄膜材料内部离子迁移的途径是极为重要的，这也是实现其将来产业化所必须解决的首要问题之一。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种降低有机-无机杂化钙钛矿薄膜离子迁移的方法。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用技术方案为：
[0006]一种降低有机-无机杂化钙钛矿薄膜离子迁移的方法，在制备有机-无机杂化钙钛矿薄膜过程中于前驱体中加入添加剂；或，在形成的有机-无机杂化钙钛矿薄膜后于其表面形成添加剂薄膜；
[0007]其中，添加剂为硼酸、硼酸衍生物小分子物质、硼酸衍生物高分子物质中的一种或几种。
[0008]优选：
[0009]在钙钛矿前驱体溶液中加入添加剂充分溶解后再进行薄膜的制备与热处理，提高钙钛矿薄膜中碘离子的迁移势垒；
[0010]或，在有机-无机杂化钙钛矿薄膜的上表面制备含有硼酸及其衍生物的小分子或者高分子薄膜，进而通过后续热处理的方式，使含有硼酸及其衍生物的小分子或者高分子扩散到钙钛矿薄膜晶界中，提高钙钛矿薄膜中碘离子的迁移势垒。
[0011]所述添加剂于钙钛矿薄膜中钙钛矿(ABX3)的摩尔比为0.01到10％。
[0012]所述薄膜的热处理温度为80-150℃。
[0013]再优选为：
[0014]在有机-无机钙钛矿溶液中加入添加剂，旋涂制备薄膜并加热到80-150℃，进而组装电池器件，电池器件的稳定性得到明显提升；所述添加剂于钙钛矿薄膜中钙钛矿(ABX3)的摩尔比为0.01到10％。
[0015]再优选为：
[0016]在有机-无机钙钛矿溶液中加入添加剂，旋涂制备薄膜并加热到120-150℃，进而组装电池器件，电池器件的稳定性得到明显提升；
[0017]所述添加剂于钙钛矿薄膜中钙钛矿(ABX3)的摩尔比为3％-6％。
[0018]所述添加剂为含有-B-OH或-B-O-R基团。
[0019]所述含有硼酸及其衍生物的小分子为硼酸、偏硼酸、芳基硼酸、烷基硼酸、硼酸酯、芳基硼酸酯、烷基硼酸酯、硼酸盐、偏硼酸盐；含有硼酸及其衍生物的高分子为主链或者侧链含有硼酸或者硼酸酯基团的高分子聚合物。
[0020]所述在形成的有机-无机杂化钙钛矿薄膜后于其表面形成添加剂薄膜是将添加剂通过溶液法或物理蒸发法在钙钛矿薄膜表面制备薄膜；其中，溶剂是乙醇、异丙醇、三氟乙醇的一种或几种的混合。
[0021]所述有机-无机杂化钙钛矿薄膜的有机-无机杂化钙钛矿结构式为ABX3，A为阳离子含有甲胺CH3NH3(MA)离子和甲脒NH
2-CH＝NH2(FA)离子的一种或两种；B为含有Pb金属离子和Sn金属离子的一种或两种；X为I、Br、Cl离子中的一种或者两种及以上。
[0022]所述A离子为MA离子、或FA离子、或MA离子与Cs、Ru、胺类离子形成的复合、或FA离子与Cs、Ru、胺类离子形成的复合。
[0023]所述含有Pb金属离子和Sn金属离子的一种或两种，其中B离子为Pb金属离子、或Sn金属离子、或Pb金属离子与Sn、Bi、Eu离子形成的复合，或Sn金属离子与Bi、Eu离子形成的复合。
[0024]一种所述方法制备所得有机-无机杂化钙钛矿薄膜，按照所述方法制备掺杂添加的有机-无机杂化钙钛矿薄膜。
[0025]一种薄膜的应用，所述掺杂添加剂的有机-无机杂化钙钛矿薄膜在太阳能电池，发光器件或探测器件中的应用降低有机-无机杂化钙钛矿薄膜离子迁移。
[0026]通过上述方法获得钙钛矿薄膜的离子迁移得到明显抑制，薄膜稳定性得到明显改善，在保证器件高效率的同时大幅度提升了器件的工作寿命，这对钙钛矿电池器件的商业化应用尤为重要。
[0027]本专利技术所具有的优点：
[0028]本专利技术通过在钙钛矿薄膜中引入硼酸及其衍生物的小分子或者高分子，可有效提高了钙钛矿薄膜的离子迁移势垒，提高了薄膜和相应器件的稳定性；所采用的材料成本较低，在工艺上容易实现。
[0029]本专利技术在初始薄膜中引入的硼酸及其衍生物的小分子或者高分子，可以采用常规的溶液法制备，如旋涂、刮涂、狭缝涂布、打印等。在钙钛矿薄膜上表面制备薄层硼酸及其衍生物的小分子或者高分子，亦可以采用旋涂、刮涂、蒸发等。因硼酸或偏硼酸分子尺寸较小，与钙钛矿的Pb等有较强的相互作用，因此可以均匀分散在钙钛矿薄膜中。
[0030]按本专利技术的方法制备的含有硼酸及其衍生物的小分子或者高分子的钙钛矿薄膜
致密性高、均匀性好、缺陷少、粗糙度低，减少了激子的复合。在电场作用下，基于本专利技术制备的钙钛矿薄膜表现出更低的离子迁移行为，表现出更高的耐压稳定性，器件工作寿命也得到极大的提升。
[0031]本专利技术工艺易于操作，重复性好，适用于大规模生产，本方法制备的钙钛矿薄膜可胜任多种器件结构，如介孔和平面钙钛矿太阳能电池、二极管和激光器等。
附图说明
[0032]图1为本专利技术实施例1提供的前驱体溶液中引入硼酸前后制备钙钛矿薄膜的XRD图谱。
[0033]图2为本专利技术实施例1提供的前驱体溶液中引入硼酸前后制备钙钛矿薄膜的SEM照片；其中左图是加硼酸前，右图是加5mol％硼酸后。
[0034]图3为本专利技术实施例1提供的前驱体溶液中引入硼酸前后制备钙钛矿薄膜的PL图谱。
[0035]图4为本专利技术实施例1提供的前驱体溶液中引入硼酸前后制备钙钛矿电池的I-V曲线。
[0036]图5为本专利技术实施例1提供的前驱体溶液中引入硼酸前后制备钙钛矿电池的稳定性曲线。
[0037]图6为本专利技术实施例2提供的钙钛矿薄膜顶部旋涂偏硼酸前后制备钙钛矿薄本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种降低有机-无机杂化钙钛矿薄膜离子迁移的方法，其特征在于：在制备有机-无机杂化钙钛矿薄膜过程中于前驱体中加入添加剂；或，在形成的有机-无机杂化钙钛矿薄膜后于其表面形成添加剂薄膜；其中，添加剂为硼酸、硼酸衍生物小分子物质、硼酸衍生物高分子物质中的一种或几种。2.按权利要求1所述的降低有机-无机杂化钙钛矿薄膜离子迁移的方法，其特征在于：在钙钛矿前驱体溶液中加入添加剂充分溶解后再进行薄膜的制备与热处理，提高钙钛矿薄膜中碘离子的迁移势垒；或，在有机-无机杂化钙钛矿薄膜的上表面制备含有硼酸及其衍生物的小分子或者高分子薄膜，进而通过后续热处理的方式，使含有硼酸及其衍生物的小分子或者高分子扩散到钙钛矿薄膜晶界中，提高钙钛矿薄膜中碘离子的迁移势垒。3.按权利要求1或2所述的降低有机-无机杂化钙钛矿薄膜离子迁移的方法，其特征在于：所述添加剂为含有-B-OH或-B-O-R基团。4.按权利要求3所述的降低有机-无机杂化钙钛矿薄膜离子迁移的方法，其特征在于：所述含有硼酸及其衍生物的小分子为硼酸、偏硼酸、芳基硼酸、烷基硼酸、硼酸酯、芳基硼酸酯、烷基硼酸酯、硼酸盐、偏硼酸盐；含有硼酸及其衍生物的高分子为主链或者侧链含有硼酸或者硼酸酯基团的高分子聚合物。5.按权利要求1或2所述的降低有机-无机杂化钙钛矿薄膜离子迁移的方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：逄淑平，崔光磊，王啸，范颖平，邵之鹏，
申请(专利权)人：中国科学院青岛生物能源与过程研究所，
类型：发明
国别省市：