一种基于醋酸铅制备准二维钙钛矿薄膜的方法、其所得薄膜和应用技术

本发明专利技术涉及一种基于醋酸铅制备准二维钙钛矿薄膜的方法，还包括上述方法制备而成的准二维钙钛矿薄膜，以及含有该准二维钙钛矿薄膜的太阳电池。本发明专利技术采用醋酸铅替代卤化铅，作为一种制备准二维钙钛矿的新型铅源，降低了准二维钙钛矿薄膜制备成本。通过采用含有二甲基亚砜的混合溶剂，配合延缓溶剂蒸发工艺，获得具有高结晶度与晶体垂直取向的准二维钙钛矿薄膜，进而显著提高了准二维钙钛矿太阳电池的光电转换效率。本发明专利技术所采用的方法制备工艺简单，重复性好，具有巨大的产业化潜力。具有巨大的产业化潜力。具有巨大的产业化潜力。

【技术实现步骤摘要】
一种基于醋酸铅制备准二维钙钛矿薄膜的方法、其所得薄膜和应用


[0001]本专利技术属于光电领域，具体涉及一种基于醋酸铅制备准二维钙钛矿薄膜的方法、其所得薄膜和应用。

技术介绍

[0002]近年来，钙钛矿太阳电池发展迅速，其最高效率已经达到了25.7％。但是当前高效率的三维钙钛矿材料对光、水、氧和热的稳定性较差，极大地制约了其产业化的实现。
[0003]准二维钙钛矿材料中引入大量疏水的有机铵阳离子，有效地阻隔了水氧对钙钛矿材料的降解，并提高了晶体形成能，形成了稳固的准二维结构，大幅提升了钙钛矿材料和器件的稳定性。然而，绝缘的有机铵阳离子会阻碍载流子传输，从而降低电池转换效率。因此，需要通过调控晶体生长，使其沿着基底垂直取向排列，形成有利于载流子传输的通道。目前准二维钙钛矿所用的铅源都是卤化铅(如碘化铅等)，其价格较高并且钙钛矿薄膜制备工艺较复杂(如热旋涂法)，增加了制备的成本，不利于准二维钙钛矿薄膜太阳电池的产业化；因此，针对上述问题，亟需找到一种新工艺来代替现有技术，从而克服上述缺陷。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对基于卤化铅制备的准二维钙钛矿薄膜所存着的缺陷，提供了一种基于醋酸铅制备准二维钙钛矿薄膜的方法，基于该制备方法所得到的准二维钙钛矿薄膜，具有高结晶和垂直取向的高质量晶区。
[0005]本专利技术还公开了基于醋酸铅制备准二维钙钛矿薄膜的方法所制备的准二维钙钛矿薄膜，以及包含该准二维钙钛矿薄膜的准二维钙钛矿薄膜太阳电池。
[0006]本专利技术的一个目的在于提供一种基于醋酸铅制备准二维钙钛矿薄膜的方法，其包括如下步骤：
[0007]S1.将醋酸铅、甲铵卤素盐、含A类阳离子/A'类阳离子的卤素盐、含B类阳离子的卤素盐混合，得到前驱体材料；
[0008]其中，A类阳离子/A'类阳离子包括但不限于苯乙铵阳离子，丁铵阳离子等；B类阳离子包括但不限于甲铵阳离子，甲脒阳离子等；
[0009]S2.将溶剂加入到所述前驱体材料中，得到前驱体溶液；
[0010]S3.将所述前驱体溶液沉积在基底上，得到前驱体湿膜；
[0011]S4.采用延缓溶剂蒸发工艺，对所述前驱体湿膜进行处理，得到预结晶的准二维钙钛矿薄膜；
[0012]S5.将所述预结晶的准二维钙钛矿薄膜进行退火，得到准二维钙钛矿薄膜；
[0013]其中，
[0014]所述A为一价有机铵阳离子，其结构式至少为如下所示化学结构中的一种：
[0015][0016]A'为二价有机铵阳离子，其结构式至少为如下所示化学结构中的一种：
[0017][0018]R代表烷基，m为1～5的整数；
[0019]B选自甲铵阳离子、甲脒阳离子和Cs
+
中的至少一种。
[0020]进一步地，所述准二维钙钛矿为Ruddlesden
‑
Popper型(A2B
n
‑1Pb
n
X
3n+1
)或Dion
‑
Jacobson型(A'B
n
‑1Pb
n
X
3n+1
)，
[0021]其中，X选自Cl
‑
、Br
‑
、I
‑
中的至少一种,n为正整数。
[0022]进一步地，所述醋酸铅与甲铵卤素盐的摩尔比为1:2，且A、A'和B类阳离子卤素盐的比例根据n值决定。
[0023]进一步地，步骤S2中，所述溶剂包括二甲基亚砜以及其它溶剂，所述其它溶剂选自二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、乙二醇甲醚中的一种或多种；其中二甲基亚砜与其它溶剂的体积比为1:99
‑
1:9。
[0024]在本专利技术技术方案中，二甲基亚砜是必要的溶剂，也可以视为其它溶剂中的添加剂。其作用主要是二甲基亚砜和溶液中的醋酸铅形成了中间相，在静置退火过程中，以中间相为核心，逐渐发生离子交换，最终形成高质量晶区。
[0025]进一步地，步骤S2中，所述前驱体溶液中铅离子的浓度为0.1
‑
2mol/L。
[0026]进一步地，步骤S3中，所述沉积的方式选自旋涂、刮涂、喷涂和狭缝涂布中的至少一种。
[0027]进一步地，步骤S4中，所述延缓溶剂蒸发工艺选自低温处理、静置处理、溶剂氛围处理和加压处理中的至少一种。
[0028]进一步地，步骤S5中，所述退火的条件为：空气湿度为10
‑
50％；温度为40
‑
150℃；时间为1
‑
20min。
[0029]本专利技术的另一个目的在于提供一种准二维钙钛矿薄膜，其采用上述基于醋酸铅制备准二维钙钛矿薄膜的方法所得到。
[0030]本专利技术的另一个目的在于提供一种准二维钙钛矿薄膜太阳电池，其包括上述准二维钙钛矿薄膜。
[0031]相比于现有技术，本专利技术具有如下有益效果：
[0032]本专利技术采用醋酸铅替代卤化铅，作为一种制备准二维钙钛矿的新型铅源，降低了钙钛矿薄膜制备成本。通过采用以二甲基亚砜为添加剂的混合溶剂，配合延缓溶剂蒸发工艺，获得了具有高结晶度与晶体垂直取向的准二维钙钛矿薄膜，进而显著提高了准二维钙钛矿太阳电池的光电转换效率。本专利技术所采用的方法制备工艺简单，重复性好，具有巨大的产业化潜力。
附图说明
[0033]图1为对比例1
‑
3和实施例1制备的(PEA)2MA3Pb4I
13
准二维钙钛矿薄膜表面放大倍数为6000倍的SEM形貌图；
[0034]图2为对比例1
‑
3和实施例1制备的(PEA)2MA3Pb4I
13
准二维钙钛矿薄膜紫外
‑
可见光吸收光谱；
[0035]图3为对比例1
‑
3和实施例1制备的(PEA)2MA3Pb4I
13
准二维钙钛矿薄膜X射线衍射谱；
[0036]图4为对比例1
‑
3和实施例1制备的(PEA)2MA3Pb4I
13
准二维钙钛矿薄膜太阳电池在AM1.5G模拟太阳光照下的电流密度
‑
电压曲线图；
[0037]图5为对比例1
‑
3和实施例1制备的(PEA)2MA3Pb4I
13
准二维钙钛矿薄膜太阳电池的外量子效率图。
具体实施方式
[0038]为了更清楚地说明本专利技术的技术方案，列举如下实施例。实施例中所出现的原料、反应和后处理手段，除非特别声明，均为市面上常见原料，以及本领域技术人员所熟知的技术手段。
[0039]实施例1
[0040]一种基于醋酸铅制备Ruddlesden
‑
Popper型(A2B
n
‑1Pb
n
X
3n+1
)准二维钙钛矿薄膜的方法，其包括如下步骤：本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于醋酸铅制备准二维钙钛矿薄膜的方法，其特征在于，所述基于醋酸铅制备准二维钙钛矿薄膜的方法包括如下步骤：S1.将醋酸铅、甲铵卤素盐、含A类阳离子/A'类阳离子的卤素盐、含B类阳离子的卤素盐混合，得到前驱体材料；S2.将溶剂加入到所述前驱体材料中，得到前驱体溶液；S3.将所述前驱体溶液沉积在基底上，得到前驱体湿膜；S4.采用延缓溶剂蒸发工艺，对所述前驱体湿膜进行处理，得到预结晶的准二维钙钛矿薄膜；S5.将所述预结晶的准二维钙钛矿薄膜进行退火，得到准二维钙钛矿薄膜；其中，所述A为一价有机铵阳离子，其结构式至少为如下所示化学结构中的一种：A'为二价有机铵阳离子，其结构式至少为如下所示化学结构中的一种：R代表烷基，m为1～5的整数；B选自甲铵阳离子、甲脒阳离子和Cs
+
中的至少一种。2.根据权利要求1所述基于醋酸铅制备准二维钙钛矿薄膜的方法，其特征在于，所述准二维钙钛矿为Ruddlesden
‑
Popper型(A2B
n
‑1Pb
n
X
3n+1
)或Dion
‑
Jacobson型(A'B
n
‑1Pb
n
X
3n+1
)，其中，X选自Cl
‑
、Br
‑
、I
‑
中的至少一种,n为正整数。3.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：卿健，徐远焕，蔡婉珠，
申请(专利权)人：暨南大学，
类型：发明
国别省市：