一种Cs制造技术

本发明专利技术公开了一种Cs

A CS

【技术实现步骤摘要】
一种CsnFA1-nPbX3钙钛矿薄膜的制备方法
本专利技术涉及一种CsnFA1-nPbX3钙钛矿薄膜的制备方法,通过离子交换方法制备相分离抑制的高质量CsnFA1-nPbI3(0<n≤1)钙钛矿薄膜材料的方法，具体地，涉及一种采用向前驱体中引入有机盐控制混合阳离子钙钛矿相结晶过程，最终制备出纯相的高稳定的CsnFA1-nPbI3(0<n≤1)钙钛矿薄膜的方法。
技术介绍
有机-无机杂化钙钛矿材料由于其优异的光电性质、长的载流子扩散距离、制备成本低等特点在太阳能电池、发光、探测器等光电领域展现出了巨大的前景、受到了广泛的关注。但是钙钛矿材料的稳定性仍然是一个亟需解决的商业化难题。水分、光以及热都会导致钙钛矿材料的分解或者相变。结构通式为ABX3的钙钛矿材料的晶体结构取决于其容忍因子大小。对于目前最具商业化前景的FAPbI3，由于FA+尺寸较大，其容忍因子较高，因此通常会出现α相(黑相)和δ相(黄相)。而具有良好热稳定性的全无机CsPbI3由于Cs+离子较小，其容忍因子低，在室温下很容易转变成非钙钛矿的黄相，从而失去光电性能。因此，将FA+与Cs+混合制备混合阳离子的CsxFA1-xPbI3钙钛矿材料是同时提高相稳定性和光电性能的有效手段。此外，由于Cs+和FA+的比例变化可以调节其带隙，因而该钙钛矿在太阳能电池、发光、探测器等光电领域都有巨大的前景。但是目前研究表明，当Cs+的组分超过15％时，CsxFA1-xPbI3薄膜会发生相分离，难以得到纯相的CsxFA1-xPbI3钙钛矿薄膜。因此，开发一种可以制备任意阳离子比例相分离抑制的高质量CsxFA1-xPbI3钙钛矿薄膜的方法对推动该类钙钛矿在光电领域的商业化至关重要。DMAI(碘化二甲胺)在钙钛矿结构的半导体材料制备中，其通常作为反应原料，如专利105742507A中记载了将溶剂加入到由EAI或DMAI、MAI和PbI2组成的混合物中，加热使固体溶解，得到澄清溶液；降温结晶，得到具有立方钙钛矿结构的半导体材料单晶。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种CsnFA1-nPbX3钙钛矿薄膜的制备方法，为一种相分离抑制的高质量CsnFA1-nPbX3(0<n≤1)钙钛矿薄膜的制备方法，具体涉及向CsX+FAX+PbX2的前驱体中引入添加剂DMAX来控制结晶过程从而获得纯相高质量的CsnFA1-nPbX3(0<n≤1)钙钛矿薄膜。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：本专利技术提供了一种相分离抑制的高质量CsnFA1-nPbX3钙钛矿薄膜的制备方法，所述方法包括如下步骤：S1、将CsX、FAX、PbX2和DMAX混合，溶于溶剂中，得前驱体溶液A；S2、将所述前驱体溶液A涂覆于基片上，涂覆后的基片退火除去溶剂和DMAX即得所述稳定的CsnFA1-nPbX3钙钛矿薄膜；其中X为卤素，0<n≤1。本专利技术只有采用DMAX才可制备得到所述钙钛矿薄膜。优选地，步骤S1中，所述CsX、FAX和PbX2摩尔比为n:1-n:1，其中0<n≤1。优选地，步骤S1中，所述PbX2和DMAX的摩尔比为1：y；所述y＝0.5-2。DMAX的y值小于0.5时，制备的薄膜会出现严重的相分离；DMAX的y值大于2时，DMAX不会完全挥发掉，导致钙钛矿不纯。优选地，所述X为I或Br。优选地，步骤S1中，所述溶剂为N，N-二甲基甲酰胺(DMF)和二甲基亚砜(DMSO)中的一种或两种。优选地，步骤S2中，所述涂覆的手段为旋涂、喷雾、提拉、浸渍中的一种或多种的组合。优选地，步骤S2中，除去溶剂和DMAX过程中，所用的退火温度为150～210℃、时间为5～60min。本专利技术还提供了一种前述的方法制备的相分离抑制的高质量CsnFA1-nPbX3钙钛矿薄膜在光电领域中的应用；所述光电领域包括太阳能电池、发光设备、探测设备。本专利技术通过向CsX+FAX+PbX2前驱体中引入DMAX来控制结晶过程，从而制备得到的相分离抑制的高质量CsnFA1-nPbX3(0<n≤1)钙钛矿薄膜，所得薄膜致密，表面平整。其原理在于：DMAX和PbX2先形成一种类似于DMAPbX3的中间相，然后在退火过程中，中间相中的有机阳离子DMA+和Cs+发生离子交换(DMA+挥发，Cs+、FA+离子进入晶格中DMA的位置)，被置换出来的DMAX在退火过程中被去除，最终得到相分离抑制的高质量CsnFA1-nPbX3(0<n≤1)钙钛矿薄膜。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：1、本专利技术通过向前驱体中引入添加剂DMAX控制钙钛矿结晶过程，最终可得到任意阳离子比例的CsnFA1-nPbX3(0<n≤1)钙钛矿薄膜，并且不会出现相分离，制备方法简单易控，便于工业化生产；2、本专利技术无需使用强腐蚀性的氢卤酸添加剂、也不用超高的退火温度，降低了对生产设施的要求；3、通过本专利技术制备的相分离抑制、高质量、高稳定的CsnFA1-nPbX3(0<n≤1)钙钛矿薄膜的带隙在1.52eV～1.73eV，能够广泛应用于电池、发光、探测器等光电领域；4、本专利技术操作便捷，具有操作便利，成本较低，成膜性好，便于工厂规模化生产。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为实施例1所得材料的X射线衍射图谱；图2为实施例1所得材料的紫外可见吸收图谱；图3为实施例2所得材料的X射线衍射图谱；图4为实施例2所得材料的紫外可见吸收图谱；图5为实施例3所得材料的X射线衍射图谱；图6为实施例4所得材料的扫描电子显微镜照片；图7为实施例5所得材料的扫描电子显微镜照片；图8为实施例6所得材料的PL荧光光谱图；图9为实施例7所得材料的扫描电子显微镜照片；图10为实施例8所得材料的紫外可见吸收图谱；图11为实施例9所得材料的紫外可见吸收图谱；图12为对比例1所得材料的X射线衍射图谱。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。实施例1本实施例涉及一种碘化铯(CsI)、碘甲脒(FAI)、碘化铅(PbI2)和二甲胺氢碘酸盐(DMAI)溶于DMF中进而旋涂制备纯相Cs0.5FA0.5PbI3钙钛矿薄膜的方法，所述方法包括如下步骤：1)将0.091gCsI、0.060gFAI、0.323gPbI2和0.121gDMAI溶于1mLDMF中得到前驱体溶液A；上述溶液中CsI、FAI、PbI2、DMAI的摩尔比例为0.5:0.5:1:1；2)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种相分离抑制的高质量Cs

【技术特征摘要】
1.一种相分离抑制的高质量CsnFA1-nPbX3钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
S1、将CsX、FAX、PbX2和DMAX混合，溶于溶剂中，得前驱体溶液A；
S2、将所述前驱体溶液A涂覆于基片上，涂覆后的基片退火除去溶剂和DMAX即得所述稳定的CsnFA1-nPbX3钙钛矿薄膜；其中X为卤素，0<n≤1。


2.如权利要求1所述的相分离抑制的高质量CsnFA1-nPbI3钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述CsX、FAX和PbX2摩尔比为n:1-n:1，其中0<n≤1。


3.如权利要求1所述的相分离抑制的高质量CsnFA1-nPbX3钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述PbX2和DMAX的摩尔比为1：y；所述y＝0.5-2。


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【专利技术属性】
技术研发人员：赵一新，钱旭芳，王兴涛，刘晓敏，王勇，张太阳，陈皓然，史杰琳，武敏，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31