System.ArgumentOutOfRangeException: 索引和长度必须引用该字符串内的位置。 参数名: length 在 System.String.Substring(Int32 startIndex, Int32 length) 在 zhuanliShow.Bind() 一种含导电聚合物的钙钛矿光电功能材料制造技术_技高网

一种含导电聚合物的钙钛矿光电功能材料制造技术

技术编号:43294264 阅读:5 留言:0更新日期:2024-11-12 16:12
本发明专利技术属于钙钛矿光电功能材料技术领域,公开了一种含导电聚合物的钙钛矿光电功能材料,它是以钙钛矿材料为基体,通过向所述基体中加入导电聚合物进行改性得到的;其中,导电聚合物含有共轭的苯环结构,且苯环上的C原子还与N原子形成有碳氮单键和/或双键结构。本发明专利技术通过向钙钛矿基体中引入具有苯环共轭结构和碳氮单/双键结构这些特殊官能团的导电聚合物,利用导电聚合物中的特殊官能团来钝化其中的缺陷,从而减少载流子的非辐射复合,并进一步改善载流子传输,以应用于太阳能电池器件为例,不仅显著提升了制备太阳能电池器件的开路电压和短路电流,同时加强了器件的整体长期稳定性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于钙钛矿光电功能材料,更具体地,涉及一种含导电聚合物的钙钛矿光电功能材料,尤其适用于金属卤化物钙钛矿材料。


技术介绍

1、由于化石能源的过度使用导致了一系列的环境生态问题,比如温室效应、酸雨、雾霾、垃圾处理等,正逐步展现出对生态环境的恶劣影响,能源转型迫在眉睫。可再生能源包括太阳能、风能、水能和生物质能等。其中太阳能取之不尽、清洁安全,是真正意义上的绿色能源并且太阳能发电技术不断突破,在未来的能源供应中将占据主导地位。在这一迫切的背景下,我们迫切需要寻找具有卓越性能的光电材料。这些材料的制备过程应当简单而且成本较低,以满足能源转型的要求。金属卤化物钙钛矿材料具备优良的光电性能受到了广泛关注。它是性能优异的直接带隙半导体材料,与其他半导体材料相比,abx3钙钛矿材料的最大优势之一是可以通过简单和低成本的溶液处理方法进行组分调控来调整其带隙变化。通过组分调控,钙钛矿的吸光范围可以在350~1200nm的波长范围内变化。除了带隙可调以外,钙钛矿还具备诸多优良的光电特性。其具有高的消光系数,低的激子结合能,在室温下即可解离成为自由的空穴或电子。还具有长的载流子扩散长度以及高的缺陷容忍度。同时,鉴于其在极性有机溶剂中表现出良好的溶解性,采用简便的溶液法制备,从而有效地降低了制备成本。因此,钙钛矿材料作为光电功能材料在太阳能电池、光探测器等电子器件等等领域均受到了广泛的研究和应用。

2、钙钛矿材料的光电性能直接关系到钙钛矿材料在器件中的表现。尽管我们在钙钛矿材料的研究方面取得了显著的进展,但是采用溶液法制备的钙钛矿材料仍存在一些局限,溶液法制备由于结晶质量难以控制,故产生较多缺陷,这些问题均限制了相关器件的性能。因此,迫切需要寻找一种简单而高效的方法来改善钙钛矿材料的质量,这对推动钙钛矿基光电器件产业化至关重要。

3、在现有改善钙钛矿材料质量的策略中,钝化剂处理策略是最简单有效的手段,化学钝化的手段包括一些小分子和聚合物,但在钝化缺陷的同时,钝化剂的添加在一定程度上会阻碍钙钛矿中载流子的传输,限制了钙钛矿材料光电性能的提升。


技术实现思路

1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求,本专利技术的目的在于提供一种含导电聚合物的钙钛矿光电功能材料,其中通过向钙钛矿基体中引入具有苯环共轭结构和碳氮单/双键结构(碳氮单/双键由n原子与苯环上的c原子对应形成,既可以是碳氮单键结构,也可以是碳氮双键结构,当然也可以同时包括碳氮单键和碳氮双键)这些特殊官能团的导电聚合物,利用导电聚合物中的特殊官能团来钝化其中的缺陷,从而减少载流子的非辐射复合,并进一步改善载流子传输,以应用于太阳能电池器件为例,不仅显著提升了制备太阳能电池器件的开路电压和短路电流,同时加强了器件的整体长期稳定性。本专利技术能够获得性能优良的光电功能材料,而且适用于溶液法,制备过程简单、成本低廉。

2、为实现上述目的,按照本专利技术的一个方面,提供了一种含导电聚合物的钙钛矿光电功能材料,其特征在于,是以钙钛矿材料为基体,通过向所述基体中加入导电聚合物进行改性得到的;其中,

3、所述导电聚合物含有共轭的苯环结构,且苯环上的c原子还与n原子形成有碳氮单键和/或双键结构。

4、作为本专利技术的进一步优选,每1.20mmol基体钙钛矿材料对应添加有(0.1~5)mg的导电聚合物。

5、作为本专利技术的进一步优选,所述导电聚合物为聚苯胺或其衍生物。

6、作为本专利技术的进一步优选,所述导电聚合物选自:聚苯胺(polyaniline),聚邻巯基苯胺(poly(o-aminothiophenol)),聚邻苯二胺(poly(o-aminophenol)),聚邻氨基苯酚(poly(o-phenylenediamine))。

7、作为本专利技术的进一步优选,基体钙钛矿材料为abx3钙钛矿材料,其中,a为正一价阳离子,b为正二价阳离子,x为负一价阴离子;

8、优选的,所述abx3钙钛矿材料中:

9、a位正一价阳离子为甲胺阳离子ch3nh3+、甲脒阳离子ch(nh2)2+、铯阳离子cs+、甲基羟胺阳离子ch3nh2oh+、二甲基羟胺阳离子(ch3)2nhoh+、胍阳离子c(nh2)3+、甲二胺阳离子nh2ch2nh3+、乙脒阳离子ch3c(nh2)2+、二甲胺阳离子(ch3)2nh2+中的一种或多种;

10、b位正二价阳离子为铅离子pb2+、锡离子sn2+、铜离子cu2+、锗离子ge2+中的一种或多种;

11、x位负一价阴离子为氟离子f-、氯离子cl-、溴离子br-、碘离子i-、氰根离子cn-、硫氰根离子scn-中的一种或者多种。

12、按照本专利技术的另一方面,本专利技术提供了上述含导电聚合物的钙钛矿光电功能材料的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:

13、s1.将ax化合物与bx2化合物按钙钛矿材料abx3的名义化学剂量比配比称量;

14、s2.将导电聚合物溶解于有机溶剂中,搅拌均匀至澄清透明状,获得添加剂溶液;

15、s3.将步骤s1称量得到的样品溶解于步骤s2得到的所述添加剂溶液中,搅拌均匀,获得改性的钙钛矿前驱体溶液;

16、s4.使用步骤s3获得的改性的钙钛矿前驱体溶液制作改性钙钛矿材料,对其退火处理后,即可得到含导电聚合物的钙钛矿光电功能材料。

17、作为本专利技术的进一步优选,所述有机溶剂选自n,n-二甲基乙酰胺(dmac)、n,n-二甲基甲酰胺(dmf)、n-甲基吡咯烷酮(nmp)、二甲基亚砜(dmso)、伽马丁内酯(gbl)、甲酰胺和n-甲基甲酰胺(nmf)中的一种或多种。

18、作为本专利技术的进一步优选,步骤s3中,所述改性的钙钛矿前驱体溶液中,abx3钙钛矿材料的物质的量与导电聚合物的质量之比为1.20mmol:(0.1~5)mg;

19、优选的,步骤s3中,所述改性的钙钛矿前驱体溶液中,abx3钙钛矿材料的浓度为1.20mol/l;添加剂溶液的浓度为0.1~5mg/ml。

20、作为本专利技术的进一步优选,步骤s4中,所述退火处理的退火温度为80~100℃,退火时间为30~40min。

21、按照本专利技术的又一方面,本专利技术提供了上述含导电聚合物的钙钛矿光电功能材料在太阳能电池、有机发光二极管或场效应晶体管中的应用;

22、优选的,所述含导电聚合物的钙钛矿光电功能材料是作为光活性层应用于太阳能电池中的;

23、所述含导电聚合物的钙钛矿光电功能材料是作为n型半导体材料或p型半导体材料应用于有机发光二极管或场效应晶体管中的。

24、通过本专利技术所构思的以上技术方案,与现有技术相比,本专利技术以钙钛矿材料(如,abx3钙钛矿材料)为基体,通过添加带有苯环共轭结构和碳氮单/双键结构(碳氮单/双键由n原子与苯环上的c原子对应形成,既可以是碳氮单键结构,也可以是碳氮双键结构,当然也可以同时包括碳氮单键和碳氮双键)这些特殊官能团的导电聚合物本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种含导电聚合物的钙钛矿光电功能材料,其特征在于,是以钙钛矿材料为基体,通过向所述基体中加入导电聚合物进行改性得到的;其中,

2.如权利要求1所述含导电聚合物的钙钛矿光电功能材料,其特征在于,每1.20mmol基体钙钛矿材料对应添加有(0.1~5)mg的导电聚合物。

3.如权利要求1所述含导电聚合物的钙钛矿光电功能材料,其特征在于,所述导电聚合物为聚苯胺或其衍生物。

4.如权利要求3所述含导电聚合物的钙钛矿光电功能材料,其特征在于,所述导电聚合物选自:聚苯胺(polyaniline),聚邻巯基苯胺(Poly(o-aminothiophenol)),聚邻苯二胺(Poly(o-aminophenol)),聚邻氨基苯酚(Poly(o-phenylenediamine))。

5.如权利要求1所述含导电聚合物的钙钛矿光电功能材料,其特征在于,基体钙钛矿材料为ABX3钙钛矿材料,其中,A为正一价阳离子,B为正二价阳离子,X为负一价阴离子;

6.如权利要求1-5任意一项所述含导电聚合物的钙钛矿光电功能材料的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:

7.如权利要求6所述制备方法,其特征在于,所述有机溶剂选自N,N-二甲基乙酰胺(DMAC)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲基亚砜(DMSO)、伽马丁内酯(GBL)、甲酰胺和N-甲基甲酰胺(NMF)中的一种或多种。

8.如权利要求6所述制备方法,其特征在于,步骤S3中,所述改性的钙钛矿前驱体溶液中,ABX3钙钛矿材料的物质的量与导电聚合物的质量之比为1.20mmol:(0.1~5)mg;

9.如权利要求6所述制备方法,其特征在于,步骤S4中,所述退火处理的退火温度为80~100℃,退火时间为30~40min。

10.如权利要求1-5任意一项所述含导电聚合物的钙钛矿光电功能材料在太阳能电池、有机发光二极管或场效应晶体管中的应用;

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【技术特征摘要】

1.一种含导电聚合物的钙钛矿光电功能材料,其特征在于,是以钙钛矿材料为基体,通过向所述基体中加入导电聚合物进行改性得到的;其中,

2.如权利要求1所述含导电聚合物的钙钛矿光电功能材料,其特征在于,每1.20mmol基体钙钛矿材料对应添加有(0.1~5)mg的导电聚合物。

3.如权利要求1所述含导电聚合物的钙钛矿光电功能材料,其特征在于,所述导电聚合物为聚苯胺或其衍生物。

4.如权利要求3所述含导电聚合物的钙钛矿光电功能材料,其特征在于,所述导电聚合物选自:聚苯胺(polyaniline),聚邻巯基苯胺(poly(o-aminothiophenol)),聚邻苯二胺(poly(o-aminophenol)),聚邻氨基苯酚(poly(o-phenylenediamine))。

5.如权利要求1所述含导电聚合物的钙钛矿光电功能材料,其特征在于,基体钙钛矿材料为abx3钙钛矿材料,其中,a为正一价阳离子,b为正二...

【专利技术属性】
技术研发人员:韩宏伟谢佳妤梅安意
申请(专利权)人:华中科技大学
类型:发明
国别省市:

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