一种基于三元溶剂制备Dion-Jacobson型准二维钙钛矿薄膜的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于三元溶剂制备Dion

【技术实现步骤摘要】
一种基于三元溶剂制备Dion
‑
Jacobson型准二维钙钛矿薄膜的方法


[0001]本专利技术属于光电薄膜制备和太阳电池
，具体涉及一种基于三元溶剂制备Dion
‑
Jacobson型准二维钙钛矿薄膜的方法。

技术介绍

[0002]近年来，钙钛矿太阳电池发展迅速，最高效率已经达到25.5％。但是当前高效率的三维(3D)钙钛矿材料不稳定，易与空气中水和氧发生降解反应，且光照和加热会进一步加速钙钛矿材料的分解。目前，钙钛矿稳定性已成为阻碍钙钛矿太阳电池产业化应用的一个主要因素。虽然通过界面修饰和器件封装等方法可以提高钙钛矿太阳电池的稳定性，但并不能从根本上解决3D钙钛矿材料本身结构不稳定性问题。
[0003]与三维钙钛矿相比，准二维钙钛矿材料中引入了大量的疏水性有机铵根阳离子，能大幅提升钙钛矿材料和器件的稳定性，是一种极具应用潜力的新型钙钛矿材料。目前发展迅速的准二维钙钛矿主要有Ruddlesden
‑
Popper(RP)型和Dion
‑
Jacobson(DJ)型准二维钙钛矿。RP型准二维钙钛矿引入的是一价大尺寸铵根阳离子，容易在钙钛矿框架层之间形成范德华间隙，不利于电荷传输。而DJ型准二维钙钛矿引入的是二价大尺寸铵根阳离子，具有较短的钙钛矿层间距，因而更有利于电荷传输，其应用前景更为广阔。
[0004]但是，无论是RP型还是DJ型准二维钙钛矿，由于引入的大尺寸有机阳离子基本是绝缘的，会阻碍光生电荷的传输，从而降低电池的短路电流和光电转换效率。为了降低有机阳离子间隔的阻碍效应，实现光生电荷的有效传输，需要制备定向排列且结晶性高的二维钙钛矿薄膜。由于RP型准二维钙钛矿发展比较早，已开发出多种可控制备晶体薄膜的方法。相比之下，有效调控DJ型钙钛矿的晶体取向、结晶性和相分布的方法还比较少。

技术实现思路

[0005]针对DJ型准二维钙钛矿薄膜的结晶性差、晶体取向随机以及不同n值钙钛矿随机分布的问题，本专利技术的目的在于提供一种可控制备DJ型准二维钙钛矿薄膜的方法。本专利技术通过在常用的二元溶剂中加入第三种溶剂，配置钙钛矿前驱体溶液，实现结晶动力学调控，最终获得结晶性高、垂直于衬底排列的晶体取向和具有梯度相分布的准二维钙钛矿薄膜。
[0006]本专利技术目的通过以下技术方案实现：
[0007]一种基于三元溶剂制备Dion
‑
Jacobson型准二维钙钛矿薄膜的方法，包括以下步骤：
[0008](1)将基础溶剂加入到钙钛矿前驱体材料和添加剂中，再加入第三种溶剂，得到Dion
‑
Jacobson型准二维钙钛矿前驱体溶液；所述基础溶剂为N，N
‑
二甲基酰胺(DMF)和二甲基亚砜(DMSO)，第三种溶剂为具有高沸点、低饱和蒸气压的溶剂；所述N，N
‑
二甲基酰胺，二甲基亚砜和第三种具有高沸点、低饱和蒸气压的溶剂体积比为10∶1∶0.1
‑
1；
[0009](2)使用液相沉积法将步骤(1)所述Dion
‑
Jacobson型准二维钙钛矿前驱体溶液涂
布在基底上，得到前驱体湿膜；
[0010](3)使用溶剂淬灭工艺对步骤(2)所得前驱体湿膜进行处理，得到预结晶的钙钛矿薄膜；
[0011]4)将步骤(3)所得预结晶的钙钛矿薄膜进行退火处理，得到充分结晶的钙钛矿薄膜，即Dion
‑
Jacobson型准二维钙钛矿薄膜。
[0012]优选的，步骤(1)所述N，N
‑
二甲基酰胺，二甲基亚砜和第三种具有高沸点、低饱和蒸气压的溶剂体积比为10∶1∶0.5。
[0013]优选的，步骤(1)所述第三种具有高沸点、低饱和蒸气压的溶剂为N
‑
甲基吡咯烷酮(NMP)、γ
‑
丁内酯(GBL)、二甲砜(Methyl sulfone)和甲酰胺(Formamide)中的至少一种。
[0014]更优选的，步骤(1)所述第三种具有高沸点、低饱和蒸气压的溶剂为N
‑
甲基吡咯烷酮；所述三元溶剂为体积比为10∶1∶0.5的N，N
‑
二甲基酰胺，二甲基亚砜和N
‑
甲基吡咯烷酮。
[0015]优选的，步骤(1)所述Dion
‑
Jacobson型准二维钙钛矿前驱体溶液为A
′
M
n
‑1B
n
X
3n+1
晶体结构的钙钛矿材料，其中，A
′
为长链有机大阳离子，包括1，3
‑
二氨基丙烷二氢碘酸盐(PDAI)、1，4
‑
二氨基丁烷二氢碘酸盐(BDADI)、1，5
‑
二氨基戊烷二氢碘酸盐(PeDAI)和1，4
‑
苯二甲胺碘(PDMAI)中的至少一种；M为大半径阳离子，包括甲胺阳离子(CH3NH
3+
，简称MA)、甲脒阳离子(HC(NH2)
2+
，简称FA)和Cs
+
中的至少一种；B多为小半径金属阳离子，包括Pb、Sn、Ge和Cu中的至少一种；X为阴离子，包括Cl、Br和I中的至少一种；n值为长链有机大阳离子间的无机层层数，n的取值范围为1～∞，优选为3～5。
[0016]优选的，所述钙钛矿前驱体溶液中前驱体浓度为0.8mol/L～1.1mol/L。
[0017]更优选的，所述A
′
M
n
‑1B
n
X
3n+1
晶体结构的A
′
为1，4
‑
二氨基丁烷二氢碘酸盐(BDADI)，M为甲胺阳离子(MA)，B为Pb，X为I，此时准二维钙钛矿为(BDA)MA3Pb4I
13
(n＝4)、(BDA)(MA)4Pb5I
16
(n＝5)中的至少一种。
[0018]优选的，步骤(1)所述添加剂为甲胺盐酸盐(MACl)、甲脒盐酸盐(FACl)、硫氰酸甲铵(MASCN)、硫氰酸甲脒(FASCN)、硫氰酸铅(Pb(SCN)2)、硫氰酸铵(NH4SCN)、氯化铵(NH4Cl)、尿素和硫脲中的至少一种。
[0019]优选的，所述添加剂浓度为0.05mol/L～0.3mol/L。
[0020]更优选的，所述添加剂为甲胺盐酸盐。
[0021]优选的，步骤(2)所述液相沉积法为旋涂、刮涂、喷涂和狭缝挤出涂布中的至少一种。
[0022]优选的，步骤(2)所述液相沉积法在温度为15
‑
30℃下进行。
[0023]优选的，步骤(3)所述溶剂淬灭工艺为反溶剂萃取、吹气、真空辅助结晶和浸泡中的至少一种。
[0024]更优选的，步骤(3)所述溶剂淬灭工艺为真空辅助结晶。
[0025]优选的，步骤(4)所述退火本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于三元溶剂制备Dion
‑
Jacobson型准二维钙钛矿薄膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将基础溶剂加入到钙钛矿前驱体材料和添加剂中，再加入第三种溶剂得到Dion
‑
Jacobson型准二维钙钛矿前驱体溶液；所述基础溶剂为N，N
‑
二甲基酰胺和二甲基亚砜，第三种溶剂为具有高沸点、低饱和蒸气压的溶剂；所述N，N
‑
二甲基酰胺，二甲基亚砜和第三种具有高沸点、低饱和蒸气压的溶剂体积比为10∶1∶0.1
‑
1；(2)使用液相沉积法将步骤(1)所述Dion
‑
Jacobson型准二维钙钛矿前驱体溶液涂布在基底上，得到前驱体湿膜；(3)使用溶剂淬灭工艺对步骤(2)所得前驱体湿膜进行处理，得到预结晶的钙钛矿薄膜；(4)将步骤(3)所得预结晶的钙钛矿薄膜进行退火处理，得到充分结晶的钙钛矿薄膜，即Dion
‑
Jacobson型准二维钙钛矿薄膜。2.根据权利要求1所述基于三元溶剂制备Dion
‑
Jacobson型准二维钙钛矿薄膜的方法，其特征在于：步骤(1)所述N，N
‑
二甲基酰胺，二甲基亚砜和第三种具有高沸点、低饱和蒸气压的溶剂体积比为10∶1∶0.5。3.根据权利要求1所述基于三元溶剂制备Dion
‑
Jacobson型准二维钙钛矿薄膜的方法，其特征在于：步骤(1)所述第三种具有高沸点、低饱和蒸气压的溶剂为N
‑
甲基吡咯烷酮、γ
‑
丁内酯、二甲砜和甲酰胺中的至少一种。4.根据权利要求1所述基于三元溶剂制备Dion
‑
Jacobson型准二维钙钛矿薄膜的方法，其特征在于：步骤(1)所述第三种溶剂为N
‑
甲基吡咯烷酮，N，N
‑
二甲基酰胺、二甲基亚砜和N
‑
甲基吡咯烷酮体积比为10∶1∶0.5。5.根据权利要求1所述基于三元溶剂制备Dion
‑
Jacobson型准二维钙钛矿薄膜的方法，其特征在于：步骤(1)所述Dion
‑
Jacobson型准二维钙钛矿前驱体溶液为A
′
M
n
‑1B
n
X
3n+1
...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭飞，陈乙郡，麦耀华，
申请(专利权)人：暨南大学，
类型：发明
国别省市：