一种合成溴铜铯三元化合物半导体光电薄膜材料的化学方法技术

本发明专利技术涉及一种合成溴铜铯三元化合物半导体光电薄膜材料的化学方法。将溴化铯与氢溴酸的有机溶液旋涂于金属单质铜薄膜的基底材料上，然后在160℃

【技术实现步骤摘要】
一种合成溴铜铯三元化合物半导体光电薄膜材料的化学方法

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[0001]本专利技术属于材料化学
，尤其涉及一种原位控制合成溴铜铯三元化合物半导体光电薄膜材料的化学方法。

技术介绍
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[0002]有机
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无机杂化钙钛矿太阳能电池因其优异的光电性能而备受关注，如高吸收系数，可调谐的光学带隙，高载流子迁移率，长电荷
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载流子扩散长度，低激子结合能等。在过去十年中，功率转换效率(PCE)从3.8％提高到25.2％。但是传统有机无机杂化的钙钛矿太阳能电池仍然存在很多缺点，首先传统钙钛矿材料含重金属铅，对环境危害较大；虽然钙钛矿太阳能电池以其优异的光电性能和简单的制备方法在光电领域大放异彩，但是有机
‑
无机杂化钙钛矿太阳能电池却很难商业化发展，这是因为钙钛矿吸光材料CH3NH3PbX3(X＝I，Br，Cl)中有机阳离子与八面体[PbX6]结合能力弱，在光热以及水氧等条件下易分解，湿热稳定性差，当在85℃下全日光照射24h或者暴露在湿度为52％的空气中4
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5天之后，CH3NH3PbI3即发生分解产生PbI2，且未封装的钙钛矿太阳能电池在空气条件下放置30min之后，电池性能将发生大幅度的降低，效率仅为初始值的19％。
[0003]Cu元素作为无毒环境友好型元素，本身具有一定的稳定性和抗氧化性，而且物质资源丰富，可以作为代替铅基的候选材料，而将Cs
+
代替有机阳离子也一定程度上抑制了材料的水解性，提高其稳定性。杜茂华团队用第一性原理对CsCu2Br3结构的理论带隙进行分析测试，得出其空间结构为基心正交结构，理论带隙是1.40eV，但实验结果却证明CsCu2Br3为一维带状晶体结构，带隙为3.88eV，两者相差极大，而结构维度从高维降到低维甚至到零维(0D)会导致量子限制效应，产生极高的激子结合能，从而增强材料在室温(RT)下的发光性能。这种低维度的发光特性可以被用在发光二极管(LEDs)的应用上，在固态照明上做到节能高效。根据已知的文献报道，目前对于一价铜离子(Cs
+
为正一价，Br
‑
为负一价)的CsCu2Br3三维结构的制备还仅仅停留在理论阶段，因此，设计一种可以合成CsCu2Br3结构材料来制备光电性能优异且环境友好的光伏器件是值得被科研者们关注。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是：针对现有技术的不足而提供一种原位控制合成溴铜铯三元化合物半导体光电薄膜材料的化学方法，该方法通过简单的原位溶液反应、后经160
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210℃下加热处理，原位得到溴铜铯三元化合物半导体薄膜材料，反应条件温和，工艺简单。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供的技术方案是：
[0006]一种原位控制合成溴铜铯(CsCu2Br3)三元化合物半导体光电薄膜材料的化学方法，将溴化铯与氢溴酸的有机溶液旋涂于金属单质铜薄膜的基底材料上，然后在160
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210℃下加热处理，原位制得溴铜铯三元化合物薄膜材料。
[0007]按上述方案，所使用的溴化铯(CsBr)与氢溴酸(HBr)的摩尔比为1:1
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1:2。
[0008]按上述方案，体系中溴化铯的终浓度为0.1M
‑
0.2M。
[0009]按上述方案，金属铜单质的厚度为20
‑
60nm。
[0010]按上述方案，旋涂转速范围2000
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4000rpm,旋涂剂量为18
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36μl/cm2，缓慢匀速旋涂。
[0011]按上述方案，原位旋涂结束后要在加热板上加热10min以上，目的是使溴铜铯晶体长大。
[0012]按上述方案，制备溴铜铯的实验过程中，为了保证铜单质反应完全，需要进行多次旋涂与多次加热。制备溴铅铯的实验过程中多次旋涂有助于铜单质反应完全。优选地，溴化铯与氢溴酸的有机溶液旋涂于金属单质铜薄膜的基底材料上，160
‑
210℃下加热处理重复1次以上。
[0013]按上述方案，铜薄膜通过溅射得到，使用的溅射方法为直流磁控溅射。
[0014]按上述方案，所述的基底材料为FTO导电玻璃或普通载玻片。
[0015]按上述方案，所述溴化铯与氢溴酸的有机溶液配置中所使用的有机溶剂为甲醇。
[0016]本专利技术的优点：
[0017]1、直接在表面有金属单质铜的基底材料中，通过简单的溶液化学反应，原位、低温(160
‑
210℃)即可制备溴铜铯(CsCu2Br3)三元化合物半导体薄膜材料，反应条件温和，无需超声、光照、微波辅助等传统能量驱动反应进行，能耗低，操作简便。
[0018]2、所用的反应装置简单，克服了离子交换、固相反应、气固反应等方法中工艺复杂、耗能高的缺点。
[0019]3、选择在导电基底表面直接成膜便于后续光电性能测试，且不会对导电基底造成破坏。
[0020]4、薄膜宏观形状可控。通过控制溅射金属层的形状，可以实现对溴铜铯半导体光电薄膜图形的控制。
[0021]5、薄膜厚度可控。通过控制溅射金属铜单质，可以实现对溴铜铯三元化合物半导体光电薄膜材料厚度的控制。
附图说明
[0022]图1
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1、实施例1所制备的溴铜铯半导体薄膜材料的XRD图谱；
[0023]图2
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1、实施例2所制备的溴铜铯半导体薄膜材料的扫描电子显微镜照片；
[0024]图2
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2、实施例2所制备的溴铜铯半导体薄膜材料的XRD图谱；
[0025]图2
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3、实施例2所制备的溴铜铯半导体薄膜材料的紫外可见光吸收曲线；
[0026]图3
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1、实施例3所制备的溴铜铯半导体薄膜材料的扫描电子显微镜照片；
[0027]图3
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2、实施例3所制备的溴铜铯半导体薄膜材料的XRD图谱；
[0028]图3
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3、实施例3所制备的溴铜铯半导体薄膜材料的紫外可见光吸收曲线；
[0029]图4
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1、实施例4所制备的溴铜铯半导体薄膜材料的扫描电子显微镜照片；
[0030]图4
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2、实施例4所制备的溴铜铯半导体薄膜材料的XRD图谱；
[0031]图5
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1、实施例5所制备的溴铜铯半导体薄膜材料的扫描电子显微镜照片；
[0032]图5
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2、实施例5所制备的溴铜铯半导体薄膜材料的XRD图谱；
[0033]图5
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3、实施例5所制备的溴铜铯半导体薄膜材料的紫外可见光吸收曲线；
[0034]图5
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4、实施例5所制备的溴铜铯半导体薄膜材料的紫外光电子光谱曲线；
[0035]图6
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1、实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种原位控制合成溴铜铯三元化合物半导体光电薄膜材料的化学方法，其特征在于：将溴化铯与氢溴酸的有机溶液旋涂于金属单质铜薄膜的基底材料上，然后在160
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210℃加热处理，原位制备得到溴铜铯薄膜样品。2.根据权利要求1所述的化学方法，其特征在于：所使用的溴化铯（CsBr）与氢溴酸(HBr)的摩尔比为1:1
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1:2。3.根据权利要求1所述的化学方法，其特征在于：体系中溴化铯的终浓度为0.1M
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0.2M。4.根据权利要求1所述的化学方法，其特征在于：金属铜单质的厚度为20
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60nm。5.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑直，郭立家，雷岩，刘满营，范二闯，
申请(专利权)人：许昌学院，
类型：发明
国别省市：