一种新型的增加钙钛矿薄膜寿命的方法技术

本发明专利技术公开了一种新型的增加钙钛矿薄膜寿命的方法，包括如下步骤：步骤一、收集在各种条件下退化的钙钛矿薄膜；步骤二、确定钙钛矿薄膜是部分退化还是完全退化；步骤三、对于部分退化的钙钛矿薄膜处理：根据中间产物采用物理方法等减缓或阻止薄膜的进一步退化；步骤四、对于完全退化的钙钛矿薄膜处理：完全退化的钙钛矿薄膜采用化学方法进行多次修复。本发明专利技术通过对退化的钙钛矿的修复和重建来提高钙钛矿薄膜的寿命，从修复和重建的角度出发提高钙钛矿薄膜的稳定性，阻止部分退化的钙钛矿薄膜的进一步退化，使完全退化的钙钛矿薄膜能重新变成结晶度好、性能优良的薄膜。

A new method to increase the lifetime of perovskite film

【技术实现步骤摘要】
一种新型的增加钙钛矿薄膜寿命的方法
本专利技术属于薄膜领域，具体涉及一种新型的增加钙钛矿薄膜寿命的方法。
技术介绍
有机无机杂化钙钛矿太阳能电池因其优异的光电特性以及低成本、易加工等特点，受到大家的广泛关注，成为光伏领域的领跑者，被视为最具应用潜力的高效太阳能电池。2009年日本科学家Miyasaka首次报道该类电池时，效率仅为3.8％，经过短短几年的发展，其效率提高到23％左右，这个结果和商业化的碲化镉以及硅基太阳能电池效率相当，因此钙钛矿太阳能电池具有巨大的发展潜力和商业价值。然而，钙钛矿太阳能电池还存在很多问题，特别是电池的稳定性。电池的稳定性受很多因素的影响：基于TiO2钙钛矿太阳能电池中TiO2的光反应，钙钛矿薄膜的热稳定性差，卤族元素的扩散，水的侵蚀以及有机空穴传输层中添加剂的腐蚀等。在这些因素中，钙钛矿材料本身对于光、热、水、氧气的敏感度是影响钙钛矿太阳能电池稳定性的关键因素，钙钛矿结构在温度或湿度较高的环境下，其晶格易被破坏而导致材料的分解。本专利技术不从钙钛矿薄膜制备的角度出发提高钙钛矿薄膜的稳定性，而是致力于钙钛矿薄膜的修复和重建，变废为宝，让退化的钙钛矿薄膜修复，在退化的基础上重建。阻止部分退化的钙钛矿薄膜的进一步退化，使完全退化的钙钛矿薄膜能重新变成结晶度好、性能优良的薄膜，从修复和重建的角度出发提高钙钛矿薄膜的稳定性。
技术实现思路
专利技术目的：为了解决现有技术的不足，本专利技术提供了一种新型的增加钙钛矿薄膜寿命的方法。技术方案：一种新型的增加钙钛矿薄膜寿命的方法，包括如下步骤：步骤一、收集在各种条件下退化的钙钛矿薄膜，薄膜包括所有有机无机杂化钙钛矿薄膜；步骤二、退化的钙钛矿薄膜包括部分退化和完全退化的薄膜，确定钙钛矿薄膜是部分退化还是完全退化，研究部分退化后的钙钛矿薄膜的中间产物以及完全退化后的产物；步骤三、对于部分退化的钙钛矿薄膜处理：根据中间产物采用物理方法等减缓或阻止薄膜的进一步退化，通过控制薄膜中碘的量，减缓钙钛矿薄膜的分解速率或阻止钙钛矿进一步分解，适当的加热，促进碘升华；步骤四、对于完全退化的钙钛矿薄膜处理：完全退化的钙钛矿薄膜采用化学方法进行多次修复，把退化的薄膜多次浸泡在含碘甲氨的异丙醇溶液中，进行反应修复。作为优化：所述的步骤三、对于部分退化的钙钛矿薄膜处理，具体步骤为：a.把部分退化钙钛矿薄膜放置在真空干燥箱中；b.抽真空30分钟；c.进行加热，加热温度不超过50℃；d.关闭加热，使样品冷却到常温，从真空干燥箱取出样品。作为优化：所述步骤c中的加热可以用45℃的温度加热30分钟，或者采用逐步加热的方法从常温慢慢加热到45℃，每2分钟升高1℃，并保持10分钟。作为优化：所述的步骤四、对于完全退化的钙钛矿薄膜处理，具体步骤为：a把完全退化的钙钛矿薄膜加热，加热温度不超过50℃，祛除杂质；b在处理好的样品上直接喷涂含碘甲氨的异丙醇溶液，这个过程不需要加热，但是需要微量水分的环境下进行，微量的水分可以促进PbI2结晶；c把样品方式在手套箱中晾干；d修复好的样品退化后，可以继续用喷涂的方法，修复和重结晶，使一个样品可以多次修复，增加钙钛矿薄膜的寿命。作为优化：所述步骤b中的微量水分的控制在超净间或手套箱中完成。有益效果：本专利技术通过对退化的钙钛矿的修复和重建来提高钙钛矿薄膜的寿命，从修复和重建的角度出发提高钙钛矿薄膜的稳定性，阻止部分退化的钙钛矿薄膜的进一步退化，使完全退化的钙钛矿薄膜能重新变成结晶度好、性能优良的薄膜。具体实施方式下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以使本领域的技术人员能够更好的理解本专利技术的优点和特征，从而对本专利技术的保护范围做出更为清楚的界定。本专利技术所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例本专利技术提出一种新型的提高钙钛矿薄膜稳定性的方法，以CH3NH3PbI3钙钛矿薄膜为例，当钙钛矿薄膜部分退化后，阻止水、氧等的扩散，避免钙钛矿薄膜的进一步分解，在一定程度上提高钙钛矿薄膜的稳定性；CH3NH3PbI3在环境中完全退化后，通过化学反应等方法使其修复和重建，重新结晶成性能较好的钙钛矿薄膜。钙钛矿薄膜在退化过程中，一般是晶体的外表面先退化，再慢慢扩散到内部。研究发现CH3NH3PbI3薄膜置于光、热、水、氧气中时会产生碘的化合物，例如I2，而碘的化合物会加速CH3NH3PbI3钙钛矿薄膜的分解。为了减缓钙钛矿薄膜的分解速率或阻止钙钛矿进一步分解，那么控制薄膜中碘的量就非常重要。在碘的化合物中碘易升华，本专利技术通过适当的加热(不超过50℃)促进碘升华，减少薄膜中碘的量，从而减缓钙钛矿薄膜的分解，延长寿命。对完全退化的钙钛矿薄膜，本专利技术采用多次修复的方法完成，即把完全退化的钙钛矿薄膜多次置于碘甲胺溶液中，使PbI2和碘甲胺反应重新生成CH3NH3PbI3钙钛矿薄膜。本专利技术假设将完全退化的CH3NH3PbI3钙钛矿薄膜修复成没有退化时的50％或更高；50％修复的钙钛矿薄膜(一次修复薄膜)完全分解后，可以把分解的薄膜再生成CH3NH3PbI3钙钛矿薄膜(二次修复薄膜)，二次重新生成的CH3NH3PbI3钙钛矿薄膜可以修复成一次生成的钙钛矿薄膜的50％或更高。以此类推，可以通过对多次分解的CH3NH3PbI3钙钛矿薄膜进行多次修复，假设CH3NH3PbI3钙钛矿薄膜的寿命为2000小时(目前可以达到2250小时以上)，通过对钙钛矿薄膜的多次修复，钙钛矿薄膜的寿命可以达到4000小时左右(这里以每次修复到前一次的50％计算：2000+1000+500+250+125+62.5+…小时)，相当于寿命可以提高1倍以上，这是非常可观的；如果通过钙钛矿薄膜结构的改变或钙钛矿太阳能电池中界面的修饰以及器件的封装等方法钙钛矿薄膜的寿命提高到原来的2倍，在这个基础上，通过本项目的方法，钙钛矿薄膜的寿命有望达到原来的4倍，在很大程度上提高了钙钛矿薄膜的寿命。这种使部分退化和完全退化的CH3NH3PbI3钙钛矿薄膜修复和重建的方法可以推广到其他钙钛矿薄膜中，普遍提高钙钛矿薄膜的稳定性。根据上述的内容，提高钙钛矿薄膜寿命的具体方法为：1.收集在各种条件下退化的钙钛矿薄膜，以CH3NH3PbI3为例；2.确定钙钛矿薄膜是部分退化还是完全退化，研究部分退化后的钙钛矿薄膜的中间产物以及完全退化后的产物；3.部分退化的钙钛矿薄膜，以CH3NH3PbI3为例，减缓钙钛矿薄膜的分解速率或阻止钙钛矿进一步分解，控制薄膜中碘的量，通过适当的加热(不超过50℃)促进碘升华。具体步骤为：a.把部分退化钙钛矿薄膜放置在真空干燥箱中；b.抽真空30分钟；c.开始加热(不超过50℃)，可以用较低温度(45℃)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型的增加钙钛矿薄膜寿命的方法，其特征在于：包括如下步骤：/n步骤一、收集在各种条件下退化的钙钛矿薄膜，薄膜包括所有有机无机杂化钙钛矿薄膜；/n步骤二、退化的钙钛矿薄膜包括部分退化和完全退化的薄膜，确定钙钛矿薄膜是部分退化还是完全退化，研究部分退化后的钙钛矿薄膜的中间产物以及完全退化后的产物；/n步骤三、对于部分退化的钙钛矿薄膜处理：根据中间产物采用物理方法等减缓或阻止薄膜的进一步退化，通过控制薄膜中碘的量，减缓钙钛矿薄膜的分解速率或阻止钙钛矿进一步分解，适当的加热，促进碘升华；/n步骤四、对于完全退化的钙钛矿薄膜处理：完全退化的钙钛矿薄膜采用化学方法进行多次修复，把退化的薄膜多次浸泡在含碘甲氨的异丙醇溶液中，进行反应修复。/n

【技术特征摘要】
1.一种新型的增加钙钛矿薄膜寿命的方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一、收集在各种条件下退化的钙钛矿薄膜，薄膜包括所有有机无机杂化钙钛矿薄膜；
步骤二、退化的钙钛矿薄膜包括部分退化和完全退化的薄膜，确定钙钛矿薄膜是部分退化还是完全退化，研究部分退化后的钙钛矿薄膜的中间产物以及完全退化后的产物；
步骤三、对于部分退化的钙钛矿薄膜处理：根据中间产物采用物理方法等减缓或阻止薄膜的进一步退化，通过控制薄膜中碘的量，减缓钙钛矿薄膜的分解速率或阻止钙钛矿进一步分解，适当的加热，促进碘升华；
步骤四、对于完全退化的钙钛矿薄膜处理：完全退化的钙钛矿薄膜采用化学方法进行多次修复，把退化的薄膜多次浸泡在含碘甲氨的异丙醇溶液中，进行反应修复。


2.根据权利要求1所述的新型的增加钙钛矿薄膜寿命的方法，其特征在于：所述的步骤三、对于部分退化的钙钛矿薄膜处理，具体步骤为：
a.把部分退化钙钛矿薄膜放置在真空干燥箱中；
b.抽真空30分钟；
c.进行加热，加热温度不超过50℃；<...

【专利技术属性】
技术研发人员：许美凤，翟志淳，许田，宋方凯，
申请(专利权)人：南通大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32