一种改变钙钛矿晶胞参数提高钙钛矿性能的方法技术

本发明专利技术公开了一种改变钙钛矿晶胞参数提高钙钛矿性能的方法，离子、原子或分子掺杂到钙钛矿材料晶格结构中，改变钙钛矿晶胞参数，进而改善钙钛矿材料能带结构、载流子迁移率、载流子寿命、协调发光特性、材料微结构形貌以及材料稳定性等，进而改善钙钛矿材料性能；包括：合成具有化学式ABX

A method to improve the properties of perovskite by changing the cell parameters of perovskite

【技术实现步骤摘要】
一种改变钙钛矿晶胞参数提高钙钛矿性能的方法
本专利技术属于光电、铁电、压电功能材料与器件领域，具体涉及一种改变钙钛矿晶胞参数提高钙钛矿性能的方法以及钙钛矿材料材料的相关应用。
技术介绍
由于化石能源的不可再生和污染问题，探究一种可再生低污染的能源获取方式是具有跨时代意义的，而太阳能电池的发展与应用就可以很好地解决这个问题。钙钛矿太阳能电池的突破性发现已经彻底改变了第三代光伏器件。近五年来，在钙钛矿太阳能电池的研发过程中，其效率提升到25.2％。这对钙钛矿电池的研究进展表明了，钙钛矿太阳能电池具备成为高效太阳能转化装置的潜力。钙钛矿材料具有光电性能优越、加工成本低廉、原料广泛等优点，并已经在钙钛矿太阳能电池、发光二极管、微传感器件、激光器、光电探测器、光敏二极管、薄膜晶体管等光电功能器件领域被广泛研究。而传统工艺制备的钙钛矿薄膜，在光照、水、氧气、紫外等条件下稳定性不好很容易分解，这严重限制了钙钛矿薄膜在光学器件领域的应用。
技术实现思路
为了改善钙钛矿材料稳定性和性能上的不足，本专利技术提供一种改变钙钛矿晶胞参数提高钙钛矿性能的新方法，将离子、原子、分子或空穴掺杂到钙钛矿材料晶格结构中，改变钙钛矿晶胞参数，进而改善钙钛矿材料能带结构、载流子迁移率、载流子寿命、材料稳定性、材料微结构形貌以及发光特性等，进而改善钙钛矿材料性能；本专利技术具备工艺简单成本低廉的特点；基于本专利技术得到的钙钛矿功能材料可以应用于钙钛矿光电、压电、铁电等各种领域。本专利技术提供的技术方案是：一种改变钙钛矿晶胞参数提高钙钛矿性能的方法,该方法将离子、原子或分子掺杂到钙钛矿材料晶格结构中，改变钙钛矿晶胞参数，进而改善钙钛矿材料能带结构、载流子迁移率、载流子寿命、材料稳定性、材料微结构形貌以及发光特性等。具体实施步骤如下：1)通过选取AX、BX2、CX、DX3(A为中心阳离子、B、C、D为配位阳离子、X为卤素离子)化合物中的两种或两种以上化合物置于有机溶剂中合成浓度为0.1mol/L～5mol/L的有机-无机卤化物钙钛矿或纯无机钙钛矿前驱体溶液。然后通过旋涂法、水热合成法、定向凝固法等钙钛矿合成方法在特定基地(如玻璃、ITO玻璃、柔性材料)上合成钙钛矿薄膜或合成粒径在10nm～100mm的钙钛矿单晶，其化学式为ABX3、A2C1D1X6或A2BxC1-xDX6(0<x<1)。2)利用热扩散、离子注入、等离子电离、碰撞电离等掺杂方法将尺度在298pm以下的分子、离子、原子激发为具备足够的能量足以通过碰撞进入钙钛矿材料的八面体或四面体间隙之中。以Plasma为例，惰性气体辉光，掺杂气体被电离激发后形成高能量原子、分子或离子后，将其掺杂到钙钛矿中，通过该处理形成结构稳定且光学性能优良的钙钛矿材料。3)根据实际应用中对钙钛矿材料的要求，在完成步骤2)的基础上，重复1)～2)的过程，最终得到符合性能要求的钙钛矿材料。所述的钙钛矿合成方法包括一步法、两步法、溶液合成、蒸镀、化学气相沉积、溶胶凝胶合成、水热/溶剂热合成、电解合成、定向凝固工艺、化学气相沉积、低温固相合成、热压烧结以及放电等。所述的掺杂手段包括温(热)扩散、离子注入、化学催化分解、碰撞电离法、光电离法、热电离法、等离子法、电解法、化学电离法、气相沉积法、Plasma电离等。针对上述改变钙钛矿晶胞参数提高钙钛矿性能的方法，进一步地，步骤1)所述，在ABX3、A2C1D1X6或A2BxC1-xDX6(0<x<1)结构的钙钛矿材料中，其中A包括H,Li,Na,K,Rb,Cs,Fr，Be,Mg,Ca,Sr,Ba,Ra以及过渡金属和其它+1,+2价的分子中的至少一种；。针对上述改变钙钛矿晶胞参数提高钙钛矿性能的方法，进一步地，步骤1)所述，在ABX3、A2C1D1X6或A2BxC1-xDX6(0<x<1)结构的钙钛矿材料中，其中B包括H,Li,Na,K,Rb,Cs,Fr，Ag，C,Si,Ge,Sn,Pb,Fil，Ca，Sc，Ti，V，Cr，Mn，Fe，Co，Ni，Cu，Zn，Ga，As，Se，Sb，Bi，In，Te，Po，Be,Mg,Ca,Sr,Ba,Ra，Zr，Nb，La，Ce，Pr，Nd，Pm，Sm，Eu，Ga，Tb，Dy，Ho，Er，Tm以及过渡金属和其它+1，+2，+3，+4价的离子或分子中的至少一种；针对上述改变钙钛矿晶胞参数提高钙钛矿性能的方法，进一步地，步骤1)所述，在ABX3、A2C1D1X6或A2BxC1-xDX6(0<x<1)结构的钙钛矿材料中，其中X包括F，O，Cl，Br，，At元素中的至少一种；针对上述改变钙钛矿晶胞参数提高钙钛矿性能的方法，进一步地，步骤1)所述，在ABX3、A2C1D1X6或A2BxC1-xDX6(0<x<1)结构的钙钛矿材料中，其中C包括H,Li,Na,K,Rb,Cs,Fr，Ag，Al，Ca，Sc，Ti，V，Cr，Mn，Fe，Co，Ni，Cu，Zn，Ga，As，Se，Sb，Bi，In，Te，Po，Be,Mg,Ca,Sr,Ba,Ra，Zr，Nb，La，Ce，Pr，Nd，Pm，Sm，Eu，Ga，Tb，Dy，Ho，Er，Tm以及过渡金属元素、镧系元素和其它+1，+2或+3价的离子或分子中的至少一种；针对上述改变钙钛矿晶胞参数提高钙钛矿性能的方法，进一步地，步骤1)所述，在ABX3、A2C1D1X6或A2BxC1-xDX6(0<x<1)结构的钙钛矿材料中，其中D包括H,Li,Na,K,Rb,Cs,Fr，Ag，Al，Ca，Sc，Ti，V，Cr，Mn，Fe，Co，Ni，Cu，Zn，Ga，As，Se，Sb，Bi，In，Te，Po，Be,Mg,Ca,Sr,Ba,Ra，Zr，Nb，La，Ce，Pr，Nd，Pm，Sm，Eu，Ga，Tb，Dy，Ho，Er，Tm以及过渡金属元素、镧系元素和其它+1，+2或+3价的离子或分子中的至少一种；针对上述改变钙钛矿晶胞参数提高钙钛矿性能的方法，进一步地，步骤2)所述，掺杂方法包括但不限于温(热)扩散、离子注入、化学催化分解、Plasma电离、原子扩散、化学气相沉淀法。针对上述改变钙钛矿晶胞参数提高钙钛矿性能的方法，进一步地，步骤2)所述，掺杂原子包括H,He,Li,Be,B,C,N,O,F及原子半径小于298pm的原子、分子或离子中的至少一种。针对上述改变钙钛矿晶胞参数提高钙钛矿性能的方法，进一步地，步骤2)所述，结构间隙周期排布，在ABX3、A2C1D1X6或A2BxC1-xDX6(0<x<1)钙钛矿阵列中的间隙位置(x,y,z)，其中0≤x≤A，0≤y≤B，0≤z≤C。具体空间点阵位置关系见附图2。针对上述改变钙钛矿晶胞参数提高钙钛矿性能的方法，进一步地，步骤2)所述，掺杂原子存在位置为周期排布钙钛矿阵列中的间隙位置(x,y,z)。针对上述改变钙钛矿晶胞参数提高钙钛矿性能的方法，进一步地，步骤2)所述，性气体流量为0～1000SCCM[cm3/min]，掺杂气体(包本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种改变钙钛矿晶胞参数提高钙钛矿性能的方法，其特征在于：该方法的具体实施步骤如下：/n步骤1)通过选取AX、BX

【技术特征摘要】
1.一种改变钙钛矿晶胞参数提高钙钛矿性能的方法，其特征在于：该方法的具体实施步骤如下：
步骤1)通过选取AX、BX2、CX、DX3化合物中的两种或两种以上化合物置于有机溶剂中合成浓度为0.1mol/L～5mol/L的有机-无机卤化物钙钛矿或纯无机钙钛矿前驱体溶液；然后通过旋涂法、水热合成法或定向凝固法钙钛矿合成方法合成钙钛矿薄膜或合成粒径在10nm～100mm的钙钛矿单晶，化学式为ABX3、A2C1D1X6或A2BxC1-xDX6，0<x<1，A为中心阳离子、B、C、D为配位阳离子、X为卤素离子；
步骤2)利用热扩散、离子注入、等离子电离或碰撞电离掺杂方法将尺度在298pm以下的分子、离子、原子激发为具备足够的能量通过碰撞进入钙钛矿材料的八面体或四面体间隙之中；当为Plasma电离时，惰性气体辉光，掺杂气体被电离激发后形成高能量原子、分子或离子后，将其掺杂到钙钛矿中，通过该处理形成结构稳定的钙钛矿材料；
步骤3)根据钙钛矿材料的要求，在完成步骤2)的基础上，重复1)～2)的过程，最终得到符合性能要求的钙钛矿材料。


2.根据权利要求1所述的一种改变钙钛矿晶胞参数提高钙钛矿性能的方法，其特征在于：所述的钙钛矿合成方法包括一步法、两步法、溶液合成、蒸镀、化学气相沉积、溶胶凝胶合成、水热/溶剂热合成、电解合成、定向凝固工艺、化学气相沉积、低温固相合成、热压烧结以及放电。


3.根据权利要求1所述的一种改变钙钛矿晶胞参数提高钙钛矿性能的方法，其特征在于：所述的掺杂手段包括温扩散、离子注入、化学催化分解、碰撞电离法、光电离法、热电离法、等离子法、电解法、化学电离法、气相沉积法、Plasma电离。


4.根据权利要求1所述的一种改变钙钛矿晶胞参数提高钙钛矿性能的方法，其特征在于：在ABX3、A2C1D1X6或A2BxC1-xDX6结构的钙钛矿材料中，其中A包括H,Li,Na,K,Rb,Cs,Fr，Be,Mg,Ca,Sr,Ba,Ra以及过渡金属和其它+1,+2价的分子中的至少一种。


5.根据权利要求1所述的一种改变钙钛矿晶胞参数提高钙钛矿性能的方法，其特征在于：在ABX3、A2C1D1X6或A2BxC1-xDX6结构的钙钛矿材料中，其中B包括H,Li,Na,K,Rb,Cs,Fr，Ag，C,Si,Ge,Sn,Pb,Fil，Ca，Sc，Ti，V，Cr，Mn，Fe，Co，Ni，Cu，Zn，Ga，As，Se，Sb，Bi，In，Te，Po，Be,Mg,Ca,Sr,Ba,Ra，Zr，N...

【专利技术属性】
技术研发人员：隋曼龄，牟许霖，卢岳，张泽宇，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11