一种有机小分子卤化物改性的钙钛矿光电功能材料、其制备及应用制造技术

本发明专利技术属于光电功能材料技术领域，更具体地，涉及一种有机小分子卤化物改性的钙钛矿光电功能材料、其制备和应用。其化学通式为(M)

A perovskite photoelectric functional material modified by organic small molecule halide, its preparation and Application

The invention belongs to the technical field of photoelectric functional materials, in particular to a perovskite photoelectric functional material modified by organic small molecular halide, its preparation and application. Its general chemical formula is (m)

【技术实现步骤摘要】
一种有机小分子卤化物改性的钙钛矿光电功能材料、其制备及应用
本专利技术属于光电功能材料
，更具体地，涉及一种有机小分子卤化物改性的钙钛矿光电功能材料、其制备和应用。
技术介绍
近年来，太阳能发电技术迅速发展，其中第一代硅太阳能电池已经成功实现了大规模的商业化生产，为替代传统化石能源做出了巨大贡献。但硅电池制备工艺复杂，制备条件苛刻。因此，寻找制备方法简单的廉价光电材料是我们现在亟待解决的问题。作为第三代太阳能电池，钙钛矿太阳能电池以其较高光电转换效率以及低成本无污染的特点，受到越来越多人的关注。钙钛矿材料ABX3(如CH3NH3PbI3)作为一种光电性能优良的材料，高的光电转换效率，具有ABX3结构的钙钛矿材料具有其特有的晶体结构，同时也表现出优异的性能。例如，这类材料有很高的载流子迁移率，高的空穴率，高的摩尔消光系数，良好的两极电荷传输性，小的激子束缚能和可调的带隙，在300nm～800nm的范围内有很强的吸收。此外，电子与空穴等在ABX3钙钛矿材料中的寿命较长，载流子扩散长度达到100nm，使得电荷分离更加容易。因此，上述钙钛矿材料作为光电功能材料在诸如太阳能电池、光探测器等电子器件中等领域已经开始被广泛地研究和应用。除了钙钛矿的制备工艺和器件结构外，钙钛矿材料本身的电学性能对器件的性能影响也很大，寻找改善钙钛矿电学性能的方法是进一步提高器件性能的一个重要途径。因此，寻找一种制备简单，廉价的改进钙钛矿材料光电性能的方法是提高钙钛矿太阳能电池的光电转换效率，解决钙钛矿太阳能电池产业化的一个重要方法和手段。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种有机小分子卤化物改性的钙钛矿光电功能材料、其制备和应用，其通过采用有机卤化物小分子对钙钛矿基光电功能材料ABX3进行改性，获得钙钛矿基光电功能材料，其能显著的提高填充因子，进而获得电学性能优良的钙钛矿光电功能材料，且制备工艺方法简单、成本低廉，由此解决现有的钙钛矿材料光电性能不佳的技术问题。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种有机小分子卤化物改性的钙钛矿光电功能材料，其化学通式为(M)z(A1)a(A2)b(A3)1-a-b-z(B1)c(B2)1-c(X1)d(X2)e(X3)3-d-e，其中M为有机小分子卤化物，A1、A2和A3各自独立地为一价有机或无机阳离子，B1和B2各自独立地为二价金属阳离子，X1、X2和X3各自独立地为一价阴离子；0≤a≤1，0≤b≤1，0≤c≤1，0≤d≤3，0≤e≤3，0<z≤0.5，且a、b、c取值的和为1；d、e取值的和为3。通过对钙钛矿基光电功能材料(A1)a(A2)b(A3)1-a-b-z(B1)c(B2)1-c(X1)d(X2)e(X3)3-d-e引入有机小分子卤化物改性，使得该钙钛矿基光电功能材料的结晶度增加，进而提高其电导率，提升该钙钛矿基光电功能材料的电学性能。优选地，A1、A2和A3各自独立地为甲胺、甲脒、乙脒、铯或铷中的一种或几种；B1和B2各自独立地为铅、锡、铜和锗中的一种或几种；X1、X2和X3各自独立地为F-、I-、Br-、Cl-、BF4-、PF6-和SCN-中的一种或几种。优选地，所述有机小分子卤化物为甲脒卤化物或甲脒卤化物的盐类分子。所述甲脒卤化物以及甲脒卤化物的盐类分子中的卤素与脒基以共价键相连接。优选地，所述甲脒卤化物的盐类分子为甲脒卤化物的盐酸盐、甲脒卤化物的氢氟酸盐、甲脒卤化物的氢溴酸盐或甲脒卤化物的氢碘酸盐。优选地，所述甲脒卤化物为氯甲脒(Cl-FA)、溴甲脒(Br-FA)、碘甲脒(I-FA)或氟甲脒(F-FA)。按照本专利技术的另一个方面，提供了一种所述的有机小分子卤化物改性的钙钛矿光电功能材料的制备方法，其以所述化学通式中的(A1)a(A2)b(A3)1-a-b-z(B1)c(B2)1-c(X1)d(X2)e(X3)3-d-e为基体，对该基体通过小分子卤化物改性得到，其制备具体包括如下步骤：(1)配制钙钛矿前驱体溶液，其中所述钙钛矿前驱体即为所述基体；(2)将小分子卤化物溶解在有机溶剂中获得的有机溶液与所述钙钛矿前驱体溶液混合，得到改性的钙钛矿前驱体溶液；(3)对步骤(2)获得的改性的钙钛矿前驱体溶液进行退火处理，得到所述有机小分子卤化物改性的钙钛矿光电功能材料。优选地，步骤(2)所述有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、N,N-二甲基乙酰胺(DMAC)、二甲基亚砜(DMSO)、伽马丁内酯(GBL)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、甲酰胺和N-甲基甲酰胺(NMF)中的一种或多种。优选地，步骤(3)所述退火温度为70-150℃，升温速率为1-10℃/min，退火时间为10-40min。按照本专利技术的另一个放，提供了一种所述的有机小分子卤化物改性的钙钛矿光电功能材料在太阳能电池中的应用。优选地，所述有机小分子卤化物改性的钙钛矿光电功能材料用作太阳能电池的光捕获剂。按照本专利技术的另一个放，提供了一种所述的有机小分子卤化物改性的钙钛矿光电功能材料的应用，用作有机发光二极管、场效应晶体管或电子元器件的半导体材料。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：(1)本专利技术有机小分子卤化物改性的钙钛矿基光电功能材料是以(A1)a(A2)b(A3)1-a-b(B1)c(B2)1-c(X1)d(X2)e(X3)3-d-e为基体，有机小分子卤化物为改性组分，所得到的钙钛矿基光电功能材料化学式为(M)z(A1)a(A2)b(A3)1-a-b(B1)c(B2)1-c(X1)d(X2)e(X3)3-d-e。通过引入有机小分子卤化物改性组分，使得钙钛矿基光电功能材料的结晶度增加，进而提高其电导率，使得钙钛矿基光电功能材料的电学性能得到极大提升。(2)本专利技术中，钙钛矿和有机小分子卤化物改性组分的原料成本低，可以全溶液加工处理，制备方法简单，所使用的设备简单。(3)本专利技术在采用特定的有机小分子卤化物改性ABX3钙钛矿基团时，配合改进的退火步骤，控制升温速率，结晶度增加，进一步提高光电转换效率。附图说明图1是实施例1中CH3NH3PbI3和氯甲脒盐酸盐改性的(FA-Cl)0.2(CH3NH3)0.8PbI3的表面扫描电子显微镜的表面形貌；图2是实施例1中CH3NH3PbI3和氯甲脒盐酸盐改性的(FA-Cl)0.2(CH3NH3)0.8PbI3的XRD图形。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。本专利技术提供的一种有机小分子卤化物改性的钙钛矿光电功能材料，其化学通式为(M)z(A1)a(A2)b(A本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种有机小分子卤化物改性的钙钛矿光电功能材料，其特征在于，其化学通式为(M)

【技术特征摘要】
1.一种有机小分子卤化物改性的钙钛矿光电功能材料，其特征在于，其化学通式为(M)z(A1)a(A2)b(A3)1-a-b-z(B1)c(B2)1-c(X1)d(X2)e(X3)3-d-e，其中
M为有机小分子卤化物，A1、A2和A3各自独立地为一价有机或无机阳离子，B1和B2各自独立地为二价金属阳离子，X1、X2和X3各自独立地为一价阴离子；
0≤a≤1，0≤b≤1，0≤c≤1，0≤d≤3，0≤e≤3，0<z≤0.5，且a、b、c取值的和为1；d、e取值的和为3；
通过对钙钛矿基光电功能材料(A1)a(A2)b(A3)1-a-b-z(B1)c(B2)1-c(X1)d(X2)e(X3)3-d-e引入有机小分子卤化物改性，使得该钙钛矿基光电功能材料的结晶度增加，进而提高其电导率，提升该钙钛矿基光电功能材料的电学性能。


2.如权利要求1所述的钙钛矿光电功能材料，其特征在于，A1、A2和A3各自独立地为甲胺、甲脒、乙脒、铯或铷中的一种或几种；B1和B2各自独立地为铅、锡、铜和锗中的一种或几种；X1、X2和X3各自独立地为F-、I-、Br-、Cl-、BF4-、PF6-和SCN-中的一种或几种。


3.如权利要求1所述的钙钛矿光电功能材料，其特征在于，所述有机小分子卤化物为甲脒卤化物或甲脒卤化物的盐类分子；所述甲脒卤化物以及甲脒卤化物的盐类分子中的卤素与脒基以共价键相连接；所述甲脒卤化物的盐类分子优选为甲脒卤化物的盐酸盐、甲脒卤化物的氢氟酸盐、甲脒卤化物的氢溴酸盐、甲脒卤化物的氢碘酸盐。


4.如权利要求3所述的钙钛矿光电功能材料，其特征在于，所述甲脒卤化物为氯甲脒(Cl-FA)、溴甲脒(Br-FA)、碘甲脒(I-...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩宏伟，吴佳汶，胡玥，荣耀光，梅安意，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42