高性能有机无机杂化钙钛矿光电材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种高性能有机无机杂化钙钛矿光电材料的制备方法，该方法，包括以下步骤：将有机无机杂化钙钛矿前驱体薄膜置于密闭容器内后，向所述密闭容器内加入沸点不低于100℃的弱极性溶液，然后，充入气体，使所述密闭容器内压力升至设定压力值，随后，加热，使所述密闭容器升温至设定温度，保温一段时间后，冷却，得到高性能有机无机杂化钙钛矿光电材料。本发明专利技术利用高温高压辅助制备的有机无机杂化钙钛矿光电材料，其相比于一步常压退火不仅有着明显的光电转换效率的提升，还有着相当大的钙钛矿晶粒，使其产生的晶界更少，这对抵御环境的侵蚀有很大的提升，进而使其稳定性有着前所未有的提高。

【技术实现步骤摘要】
高性能有机无机杂化钙钛矿光电材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及钙钛矿薄膜太阳能电池
，特别涉及一种高性能有机无机杂化钙钛矿光电材料及其制备方法和应用。
技术介绍
自工业革命以来，人类消耗的能源与日俱增。长期以来，化石能源是人类最主要的能量来源。然而，由于化石能源是不可再生能源，人类终将面临化石能源枯竭的问题。因此，开发可再生的新能源，实现可持续发展显得至关重要。自20世纪六、七十年代以来，水能、生物质能、风能和太阳能等新能源相继被开发利用。对于地球而言，太阳光能是储量最大的可再生能源。据统计，地球表面每年接收到的太阳辐射能量约为8.85亿兆瓦时(TW*h),远超过全球其它能源消耗的总和。可见，太阳能是无比庞大的能量源。此外，太阳能还具有洁净无污染，广泛普遍等优点，这使得太阳能的开发倍受关注。太阳能的开发利用方式多种多样，其中光伏应用对太阳能的利用率最高。1954年，贝尔实验室的DarrylChapin等人专利技术了硅太阳能电池，用以卫星供能，首次实现了光伏的实际应用。此后，硅太阳能电池技术逐渐成熟，在航天、军事以及供电等领域得到良好的发展。然而，由于生产工艺苛刻复杂，单晶硅成本昂贵，使得硅太阳电池发电的成本难以与传统电力竞争。因此，很多科学家致力于研发较为廉价的太阳能电池来替代硅太阳电池。自2009年来，有机无机杂化钙钛矿材料以较高的光吸收系数，优异的载流子分离，良好的载流子传输能力、较低的成本以及可湿法制备等优势在太阳能电池领域引起广泛的关注。目前，基于钙钛矿型材料的电池效率从2009年3.8％增长到了2019年的25.2％，使其成为光伏领域最重要的研究热点之一。钙钛矿材料中最经典的是MAPbI3。尽管MAPbI3的钙钛矿太阳能电池已经获得了高于20％的效率，但是大量的报道已经证明了它的化学稳定性和结构稳定性不够理想。解决钙钛矿太阳能电池的稳定性问题是决定其能是否实现实际应用的关键性问题，MAPbI3的不稳定性对钙钛矿太阳能电池的实际应用是一个巨大的挑战。与MAPbI3一样，FAPbI3也是一种常见的有机无机杂化钙钛矿材料，用更大的有机FA阳离子取代MA阳离子可以形成更对称的晶体结构，因为其避免了MA分子的影响，从而获得了优良的热力学稳定性。此外，FAPbI3有着比MAPbI3更宽的吸收，这使得FAPbI3具备更好的应用潜力。目前，所报道的高效率钙钛矿太阳能电池的制备工艺大多都为旋涂钙钛矿层后，将钙钛矿层置于热台上进行一步退火处理，而对钙钛矿层的后退火处理方式甚至是后压力处理并没有深入的探讨和研究。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术旨在提出一种高性能有机无机杂化钙钛矿光电材料的制备方法，以解决现有钙钛矿光电材料的热力学稳定性有待进一步提高的问题。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：一种高性能有机无机杂化钙钛矿光电材料的制备方法，包括以下步骤：将有机无机杂化钙钛矿前驱体薄膜置于密闭容器内后，向所述密闭容器内加入沸点不低于100℃的弱极性溶液，然后，充入气体，使所述密闭容器内压力升至设定压力值，随后，加热，使所述密闭容器升温至设定温度，保温一段时间时间后，冷却，得到高性能有机无机杂化钙钛矿光电材料。可选地，所述有机无机杂化钙钛矿前驱体薄膜主要为MAxFA1-xPbI3薄膜、FAxCs1-xPbI3薄膜、MAPbIxBr3-x薄膜、MAPbIxCl3-x薄膜中的一种。可选地，所述有机无机杂化钙钛矿前驱体薄膜通过溶液涂布的方法制得。可选地，所述弱极性溶液为异辛烷、全氟萘烷、全氟辛烷中的一种或多种。可选地，所述气体主要为空气、氮气、氧气、氩气、氢气中的一种或多种。可选地，所述设定压力值为0.5-20Mpa，所述设定温度为130-330℃。可选地，所述密闭容器的体积与所述有机无机杂化钙钛矿前驱体薄膜的面积的比为0.5-100cm。可选地，所述有机无机杂化钙钛矿前驱体薄膜浸没在所述弱极性溶液中，且所述弱极性溶液的体积≤1/2所述密闭容器的体积。本专利技术的第二目的在于提供一种高性能有机无机杂化钙钛矿光电材料，该高性能有机无机杂化钙钛矿光电材料由上述高性能有机无机杂化钙钛矿光电材料的制备方法制得。本专利技术的第三目的在于提供一种上述高性能有机无机杂化钙钛矿光电材料在光电器件中的应用。相对于现有技术，本专利技术所述的高性能有机无机杂化钙钛矿光电材料的制备方法具有以下优势：1、本专利技术利用高温高压辅助制备的有机无机杂化钙钛矿光电材料，其相比于一步常压退火不仅有着明显的光电转换效率的提升，还有着相当大的钙钛矿晶粒，使其产生的晶界更少，这对抵御环境的侵蚀有很大的提升，进而使其稳定性有着前所未有的提高。2、本专利技术采用混合离子钙钛矿制备光电材料，在得到高效率钙钛矿太阳能电池同时也可更精细地调节钙钛矿材料的性能，其中，FAxCs1-xPbI3混合钙钛矿具有较好的结构稳定性，无机离子Cs+也进一步提高材料的光稳定性和湿稳定性，基于FAxCs1-xPbI3体系的理想的稳定性，再进行高温高压后处理，可获得高结晶性的钙钛矿薄膜，进而大大提高钙钛矿太阳能器件的性能。附图说明构成本专利技术的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1为本专利技术有机无机杂化钙钛矿前驱体薄膜的制备流程图；图2为本专利技术钙钛矿太阳能电池的截面结构示意图；图3为本专利技术对比例1制备的有机无机杂化钙钛矿前驱体薄膜的SEM图；图4为本专利技术实施例1制备的高性能有机无机杂化钙钛矿光电材料的SEM图；图5为本专利技术实施例2制备的高性能有机无机杂化钙钛矿光电材料的SEM图；图6为本专利技术对比例1制备的有机无机杂化钙钛矿前驱体薄膜在RH85％环境下老化150h前后的UV-Vis测试；图7为本专利技术实施例2制备的高性能有机无机杂化钙钛矿光电材料在RH85％环境下老化150h前后的UV-Vis测试；图8为本专利技术对比例1制备的有机无机杂化钙钛矿前驱体薄膜在RH85％环境下老化150h前后的XRD测试；图9为本专利技术实施例2制备的高性能有机无机杂化钙钛矿光电材料在RH85％环境下老化150h前后的XRD测试；图10为本专利技术实施例2制备的高性能有机无机杂化钙钛矿光电材料(压力样品)和对比例1制备的有机无机杂化钙钛矿前驱体薄膜(标样)在85℃，RH40％Air环境下老化后的J-V测试；图11为本专利技术实施例2制备的高性能有机无机杂化钙钛矿光电材料(PA)和对比例1制备的有机无机杂化钙钛矿前驱体薄膜(control)在25℃，RH85％Air环境下老化150h后的外观图图12为本专利技术对比例1制备的有机无机杂化钙钛矿前驱体薄膜(标样)对于纯水的接触角测试；图13为本专利技术实施例2制备的高性能有机无机杂化钙钛矿光电材料(压力样品)对于纯水的接触角测试；图14为本专利技术对比例2制备的有机本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高性能有机无机杂化钙钛矿光电材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n将有机无机杂化钙钛矿前驱体薄膜置于密闭容器内后，向所述密闭容器内加入沸点不低于100℃的弱极性溶液，然后，充入气体，使所述密闭容器内压力升至设定压力值，随后，加热，使所述密闭容器升温至设定温度后，冷却，得到高性能有机无机杂化钙钛矿光电材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种高性能有机无机杂化钙钛矿光电材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将有机无机杂化钙钛矿前驱体薄膜置于密闭容器内后，向所述密闭容器内加入沸点不低于100℃的弱极性溶液，然后，充入气体，使所述密闭容器内压力升至设定压力值，随后，加热，使所述密闭容器升温至设定温度后，冷却，得到高性能有机无机杂化钙钛矿光电材料。


2.根据权利要求1所述的高性能有机无机杂化钙钛矿光电材料的制备方法，其特征在于，所述有机无机杂化钙钛矿前驱体薄膜主要为MAxFA1-xPbI3薄膜、FAxCs1-xPbI3薄膜、MAPbIxBr3-x薄膜、MAPbIxCl3-x薄膜中的一种。


3.根据权利要求1或2所述的高性能有机无机杂化钙钛矿光电材料的制备方法，其特征在于，所述有机无机杂化钙钛矿前驱体薄膜通过溶液涂布的方法制得。


4.根据权利要求1所述的高性能有机无机杂化钙钛矿光电材料的制备方法，其特征在于，所述弱极性溶液为异辛烷、全氟萘烷、全氟辛烷中的一种或多种。


5.根据权利要求1所述的高...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟杰，应杭凯，黄福志，程一兵，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42