一种钙钛矿及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种钙钛矿及其制备方法和应用，上述钙钛矿的化学式为式(1)或式(2)中的至少一种；(RNH3)2A

【技术实现步骤摘要】
一种钙钛矿及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及新能源
，尤其是涉及一种钙钛矿及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]钙钛矿太阳能电池是一种是以钙钛矿型的有机
‑
无机卤化物半导体作为吸光材料的新兴太阳能电池，其光电转换效率已经超过26％。与铜铟镓硒、碲化镉、晶硅等传统太阳能电池相比，钙钛矿电池更具有巨大的应用前景，这除了得益于钙钛矿材料本身优异的光电性质外，如高的吸光系数、低的激子结合能、高的载流子迁移率和可调的禁带宽度等，更重要的钙钛矿电池的制备工艺简单，成本低廉，更适合大规模应用。
[0003]钙钛矿太阳能电池的性能与钙钛矿的种类、结构密切相关。目前钙钛矿太阳能电池中采用的钙钛矿主要有二维钙钛矿(准二维钙钛矿)和三维钙钛矿。其中，三维钙钛矿电池目前虽有较高的光电转化效率，但是稳定性较差的问题一直制约了它的发展。准二维钙钛矿材料除了继承了三维钙钛矿优异的光电性能之外，更具有较强地稳定性，这主要得益于有机间隔阳离子隔绝了水氧的侵蚀。
[0004]但是，准二维钙钛矿材料中的间隔有机阳离子在抵抗水氧侵蚀的同时，也在一定程度上阻碍了载流子的电荷传输能力。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种钙钛矿，能够有效提高二维钙钛矿的光电转化效率。
[0006]本专利技术还提供了上述钙钛矿的制备方法。
[0007]本专利技术还提供了上述钙钛矿的应用。
[0008]根据本专利技术第一方面的实施例，提出了一种钙钛矿，所述钙钛矿的化学式为式(1)或式 (2)中的至少一种；
[0009](RNH3)2A
n
‑1B
n
X
3n+1
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式(1)；
[0010]R
’
(NH3)2A
n
‑1B
n
X
3n+1
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式(2)；
[0011]其中：
[0012]所述式(1)中，RNH
3+
选自有机单胺阳离子中的至少两种；
[0013]所述式(2)中，R
’
(NH3)
22+
选自有机双胺阳离子中的至少两种；
[0014]所述式(1)或式(2)中，A
+
独立选自甲胺阳离子、甲醚阳离子和铯离子中的至少一种； B
2+
独立选自Pb离子或Sn离子中的至少一种；X
‑
选自卤素离子中的至少一种；n≥2。
[0015]根据本专利技术实施例的钙钛矿，至少具有如下有益效果：
[0016]传统二维或准二维钙钛矿中，平行于基底结晶的有机间隔阳离子严重地阻碍了载流子的电荷传输能力，单一间隔阳离子的准二维钙钛矿结构无法有效调节晶体的结晶取向；因此传统的间隔有机阳离子电荷传输性能差，结晶过程中无法形成有序的结晶取向。
[0017]本专利技术中，(RNH3)2A
n
‑1B
n
X
3n+1
中，RNH
3+
表示间隔阳离子；R
’
(NH3)2A
n
‑1B
n
X
3n+1
中， R
’
(NH3)
22+
表示间隔阳离子；本专利技术限定RNH
3+
至少两种或者R
’
(NH3)
22+
至少两种，说明本专利技术提供的钙钛矿中至少含有两种有机间隔阳离子。
[0018]本专利技术研究发现，与单一有机间隔阳离子相比，多种有机间隔阳离子之间会发生协同作用，有效调节钙钛矿晶体的结晶取向，有望获取垂直于基底结晶取向的准二维钙钛矿，进而可提高钙钛矿薄膜的成膜质量，当上述钙钛矿用于太阳能电池时，可显著提高准二维钙钛矿太阳能电池效率。
[0019]根据本专利技术的一些实施例，所述式(1)的RNH
3+
中，R选自C1～C
10
烃基至少两种。
[0020]根据本专利技术的一些实施例，所述式(1)的RNH
3+
中，R选自C1～C
10
取代烃基中的至少两种。
[0021]根据本专利技术的一些实施例，所述式(1)的RNH
3+
中，R选自C1～C
10
烃基中的至少一种，以及C1～C
10
取代烃基中的至少一种。
[0022]根据本专利技术的一些实施例，所述式(1)的RNH
3+
中，R选自苯乙基、苯丁基和对氟苯乙基中的至少两种。例如可以是两种、三种或四种。
[0023]即，所述式(1)的RNH
3+
选自苯乙胺阳离子(PEA
+
)、苯丁胺阳离子(PBA
+
)、丁基胺阳离子(BA
+
)和对氟苯乙胺阳离子(F
‑
PEA
+
)中的至少两种。
[0024]所述式(1)的RNH
3+
还包括胍盐阳离子(GA
+
)。
[0025]根据本专利技术的一些实施例，所述式(2)中，R
’
(NH3)
22+
选自C2～C4二元胺阳离子和二元氨基酸阳离子中的至少两种。例如可以是两种、三种或四种。具体可以包括乙二胺阳离子 (EDA
2+
)。
[0026]根据本专利技术的一些实施例，所述钙钛矿的化学式如式(1)所示，其中RNH
3+
选自有机单胺阳离子中的两种。
[0027]根据本专利技术的一些实施例，所述钙钛矿的化学式如式(5)所示：
[0028](R
1(1
‑
x)
R
2x
NH3)2A
n
‑1B
n
X
3n+1
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式(5)；
[0029]其中R1和R2不同，且分别独立选自一种有机单胺阳离子；
[0030]0＜x＜1。
[0031]根据本专利技术的一些优选的实施例，R1和R2可以是F
‑
PEA
+
和GA
+
的组合，或PEA
+
和BA
+
的组合，或BA
+
和PBA
+
的组合。
[0032]根据本专利技术的一些优选的实施例，0.1＜x＜0.5，例如具体可以是0.1、0.2、0.3、0.4或 0.5。
[0033]根据本专利技术的一些实施例，所述钙钛矿的化学式如式(5)所示：
[0034]R
’
1(1
‑
x)
R
’
2x
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钙钛矿，其特征在于，所述钙钛矿的化学式为式(1)或式(2)中的至少一种；(RNH3)2A
n
‑1B
n
X
3n+1
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式(1)；R
’
(NH3)2A
n
‑1B
n
X
3n+1
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式(2)；其中：所述式(1)中，RNH
3+
选自有机单胺阳离子中的至少两种；所述式(2)中，R
’
(NH3)
22+
选自有机双胺阳离子中的至少两种；所述式(1)或式(2)中，A
+
独立选自甲胺阳离子、甲醚阳离子和铯离子中的至少一种；B
2+
独立选自Pb离子或Sn离子中的至少一种；X
‑
选自卤素离子中的至少一种；n≥2。2.根据权利要求1所述的钙钛矿，其特征在于，所述式(1)的RNH
3+
中，R选自C1～C
10
烃基至少两种；优选地，所述式(1)的RNH
3+
中，R选自C1～C
10
取代烃基中的至少两种；优选地，所述式(1)的RNH
3+
中，R选自C1～C
10
烃基中的至少一种，以及C1～C
10
取代烃基中的至少一种；优选地，R选自苯乙基、苯丁基和对氟苯乙基...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐保民，许家敏，王行柱，陈石，刘延亮，吴佳汶，张先付，
申请(专利权)人：南方科技大学，
类型：发明
国别省市：