【技术实现步骤摘要】
本公开涉及钙钛矿光电材料，具体涉及三维钙钛矿、低维/三维钙钛矿材料、钙钛矿太阳能电池及其制备方法。
技术介绍
1、钙钛矿作为一种新型光电材料，其太阳能电池的光电转换效率已从2009年发现时的3.9％提升至26.1％，可与商业化晶硅电池效率相媲美。低维(ld)钙钛矿为探索稳定的钙钛矿太阳能电池(pscs)提供了一个令人兴奋的途径。低维(ld)钙钛矿包括零维(0d)、一维(1d)和二维(2d)钙钛矿，其中一维(1d)和二维(2d)钙钛矿相较于零维(0d)研究较为广泛，一维(1d)钙钛矿具有线状或管状结构；二维(2d)钙钛矿具有层状结构，其是将大尺寸有机配体引入到三维(3d)钙钛矿材料中，使其沿着某一特定轴剪切成二维(2d)材料。2d钙钛矿结构根据有机配体分子结构的不同，分为ruddlesden–popper(rp)、dion–jacobson(dj)和alternating-cationinterlayer(aci)三种结构，三种结构的化学结构式分别为r2an-1bnx3n+1、r′an-1bnx3n+1或者r″anbnx3n+1。以上化学式中r为大尺寸单胺有机阳离子，r′为大尺寸双胺有机阳离子，r″为胍基阳离子(ga+)，n值代表相邻有机层之间金属卤化物正八面体[bx6]4-的层数。由此可见，低维钙钛矿结构具有多样性。而目前所知的低维钙钛矿品种及应用研究还比较少，所以需要进一步开发新的低维间隔有机分子，扩大低维钙钛矿的品种及应用研究范围。
2、而关于三维钙钛矿，由于其对水较敏感，进一步影响pscs能量转换效率，所以期望
技术实现思路
1、有鉴于此，本公开提供一种低维钙钛矿、低维/三维钙钛矿薄膜、钙钛矿太阳能电池及制备方法，解决目前低维钙钛矿品种少及三维钙钛矿因疏水性原因影响三维钙钛矿太阳能电池能量转换效率的问题。
2、本公开方法的核心是应用苯并咪唑或其衍生物合成低维钙钛矿单晶新品种，同时，直接在三维钙钛矿薄膜上，使苯并咪唑或其衍生物与薄膜表面残余碘化铅相互作用自发形成低维钙钛矿单晶相，最终形成低维/三维异质结钙钛矿薄膜，并以低维/三维异质结钙钛矿薄膜作为钙钛矿太阳能电池的吸光层，得到具有高能量转换效率的钙钛矿太阳能电池。
3、基于上述方法核心，第一方面，本公开所述的低维钙钛矿单晶，其化学结构式是：
4、(r)2(m)npbni3n+1；
5、式中，r为苯并咪唑或其衍生物的碘化物；m为ch3nh3、ch(nh2)2或cs；n为无机层数。
6、在本公开及可能的实施例中，所述苯并咪唑衍生物是6-甲基苯并咪唑或6-三氟甲基苯并咪唑。
7、第二方面，第一方面所述低维钙钛矿单晶的制备方法，包括：
8、使铅源、氢碘酸及次磷酸的混合溶液在100-120℃下搅拌反应1-2h后，继续添加苯并咪唑或其衍生物的碘化物，继续搅拌反应1-2h，在反应结束的体系降温过程中析出晶体，获取所述晶体，得到所述低维钙钛矿单晶。
9、在本公开及可能的实施例中，所述铅源为氧化铅、碘化铅或醋酸铅；所述碘化物为ch3nh3i、ch(nh2)2i或csi；按摩尔比计，铅源：苯并咪唑或其衍生物：碘化物：hi：h3po2＝n：0.5：n：2n：2n，n＝1、2或3；以及/或，
10、所述苯并咪唑或其衍生物的碘化物的制备方法，包括：
11、按化学计量摩尔比为1:1的比例，使苯并咪唑或其衍生物与质量含量为50-60％的氢碘酸在室温下搅拌反应2-3h，得到所述苯并咪唑或其衍生物的碘化物。
12、第三方面，所述的低维/三维钙钛矿薄膜，其薄膜结构是：
13、以三维钙钛矿薄膜为基础，在所述三维钙钛矿薄膜表面形成有第一方面所述的低维钙钛矿单晶。
14、第四方面，第三方面所述低维/三维钙钛矿薄膜的制备方法，包括：
15、制备三维钙钛矿薄膜；
16、将苯并咪唑或其衍生物的碘化物配制成有机溶液，将所述有机溶液旋涂在所述三维钙钛矿薄膜上，所述苯并咪唑或其衍生物的碘化物与所述三维钙钛矿薄膜上的残余pbi2自发反应形成低维钙钛矿单晶，得到所述低维/三维钙钛矿薄膜。
17、在本公开及可能的实施例中，所述制备三维钙钛矿薄膜的方法，包括：
18、将碘化铅溶于第一有机溶剂中，得到碘化铅前驱体溶液；将碘化甲脒、氯化甲铵溶于第二有机溶剂中得到有机卤化物前驱体溶液；
19、在基板上旋涂所述碘化铅前驱体溶液后在60-75℃下退火1-3min，得到碘化铅薄膜，将所述有机卤化物前驱体溶液旋涂在所述碘化铅薄膜上，在140-160℃下退火10-20min，得到所述三维钙钛矿薄膜。
20、在本公开及可能的实施例中，利用有机溶剂将所述苯并咪唑或其衍生物的碘化物配制成所述有机溶液；
21、所述第一有机溶剂是质量比为dmf:dmso＝9.5：0.5的混合溶剂，得到所述碘化铅前驱体溶液的浓度为1.3m；
22、所述第二有机溶剂是异丙醇；
23、所述有机溶剂是异丙醇、n,n-二甲基甲酰胺中一种或两者混合溶剂。
24、第五方面，所述的钙钛矿太阳能电池，包括：
25、吸光层，所述吸光层由权利要求5所述的低维/三维钙钛矿薄膜构成。
26、第六方面，第五方面所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括：
27、取透明导电基底，在所述透明导电基底上制备电子传输层或空穴传输层，按照权利要求6-8任一项所述低维/三维钙钛矿薄膜的制备方法在所述电子传输层或空穴传输层上制备吸光层，在所述吸光层上制备电子传输层或空穴传输层后真空蒸镀金属电极，得到所述钙钛矿太阳能电池。
28、本专利技术具有的有益效果：
29、本公开提供了一种低维钙钛矿单晶，具体应用有机间隔分子苯并咪唑或其衍生物合成得到，从而拓宽了低维钙钛矿的品种范围；同时，将低维钙钛矿单晶应用于三维钙钛矿材料中，对三维钙钛矿材料进行修饰改良，制备得到具有结晶度更高、疏水性更强的低维/三维钙钛矿薄膜，进一步将低维/三维钙钛矿薄膜作为钙钛矿太阳能电池的吸光层，最终达到提高钙钛矿太阳能电池能量转换效率的目的。
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1.一种低维钙钛矿单晶，其特征在于，其化学结构式是：
2.根据权利要求1所述的低维钙钛矿单晶，其特征在于：
3.权利要求1或2所述低维钙钛矿单晶的制备方法，其特征在于，包括：
4.根据权利要求3所述低维钙钛矿单晶的制备方法，其特征在于：
5.一种低维/三维钙钛矿薄膜，其特征在于，所述薄膜结构是：
6.权利要求5所述低维/三维钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，包括：
7.根据权利要求6所述的低维/三维钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，所述制备三维钙钛矿薄膜的方法，包括：
8.根据权利要求6或7所述的低维/三维钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于：
9.一种钙钛矿太阳能电池，其特征在于，包括：
10.权利要求9所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括：
【技术特征摘要】
1.一种低维钙钛矿单晶，其特征在于，其化学结构式是：
2.根据权利要求1所述的低维钙钛矿单晶，其特征在于：
3.权利要求1或2所述低维钙钛矿单晶的制备方法，其特征在于，包括：
4.根据权利要求3所述低维钙钛矿单晶的制备方法，其特征在于：
5.一种低维/三维钙钛矿薄膜，其特征在于，所述薄膜结构是：
6.权利要求5所述低维/三维...
【专利技术属性】
技术研发人员：张懿强，刘雪茹，王世珩，李鹏伟，宋延林，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：
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