一种基于可见光诱导自修复柔性钙钛矿薄膜的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于可见光诱导自修复柔性钙钛矿薄膜的制备方法，属于钙钛矿光伏材料领域，通过钙钛矿晶界处聚合物中双硒键的动态共价效应，在可见光的激发下，赋予柔性钙钛矿薄膜高效自修复功能以及高机械稳定性能，属于钙钛矿光伏材料领域。首先，通过聚合反应制备得到含动态双硒键的聚合物材料，并将其复合于钙钛矿薄膜中，利用晶界处的动态共价双硒键在可见光条件下断裂、重排以及粘附过程，赋予钙钛矿薄膜高效自修复功能以及提高钙钛矿柔性光伏器件的耐弯折性能，该方法制备的钙钛矿薄膜在柔性可穿戴光伏器件领域具有潜在的应用前景。用前景。用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种基于可见光诱导自修复柔性钙钛矿薄膜的制备方法


[0001]本专利技术属于钙钛矿光伏材料领域，更具体地，涉及一种基于可见光诱导自修复柔性钙钛矿薄膜的制备方法。

技术介绍

[0002]相比于硅基太阳能电池而言，钙钛矿太阳能电池由于其制备工艺简单、成本低、光电转换效率高，并且能够在柔性基底上大面积制备柔性光伏器件等特点，成为近年来最有前景的光伏技术。从钙钛矿光伏器件的发展进程来看，其光电转换效率已经突破25％，相应柔性器件效率也已突破20％。尽管柔性钙钛矿光伏器件的效率取得了巨大的发展，但由于器件各功能层之间弹性模量的差异，导致钙钛矿光吸收层易在外应力场作用下产生裂纹，薄膜表面的裂纹易成为载流子输运的复合中心，从而对其电荷输运、光电转换效率以及稳定性产生不利的影响。针对钙钛矿薄膜机械稳定性差的问题，国内外研究人员主要从钙钛矿结晶过程控制、界面应力调控、晶界修饰以及维度工程等角度改善钙钛矿薄膜机械稳定性。中国专利CN113948641A通过在钙钛矿前驱体溶液中添加聚合物可以在弯折的过程中起到粘接晶粒、缓冲晶粒间弯折时撞击的作用，提高钙钛矿薄膜的机械稳定性。中国专利CN114551734A受鲍鱼壳结构的启发，通过极性溶剂辅助聚合物的动态扩散过程制备聚合物胶结钙钛矿晶粒的柔性薄膜，构筑了聚合物胶结钙钛矿的“砖
‑
泥”结构，显著提高钙钛矿薄膜的柔韧性。
[0003]近年来，自修复技术作为提高钙钛矿光伏器件机械稳定性的一种有效手段，其自修复机制主要基于聚合物分子与钙钛矿晶体之间形成的动态可逆化学键，其中包括氢键以及可逆动态共价键等，一般通过紫外辐照或热处理等方式诱导钙钛矿薄膜的自修复功能。然而，激发钙钛矿自修复的紫外光以及高温往往会导致钙钛矿材料降解，严重影响器件的光电转换效率和稳定性。因此，利用温和的可见光作为钙钛矿薄膜自修复的激发源，一方面能修复柔性钙钛矿薄膜表面裂纹，同时也能保证钙钛矿材料不受激发源的破坏。该技术为实现柔性钙钛矿光伏器件高的耐弯折性能以及扩宽其在柔性可穿戴领域中的应用提供了思路。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种基于可见光诱导自修复柔性钙钛矿薄膜的制备方法。由于钙钛矿光伏器件中钙钛矿光吸收层与其他功能传输层之间弹性模量的差异，使得钙钛矿薄膜的耐弯折性能较差，进而极大影响光伏器件光电转换性能和稳定性。基于此，本专利技术在钙钛矿薄膜中引入双硒聚合物，在可见光辐照下可诱导晶界处的
‑
Se
‑
Se
‑
动态共价键发生断裂
‑
重排
‑
粘附反应，从而达到修复钙钛矿薄膜表面裂纹的目的。相比于传统的紫外光和高温自修复诱导源而言，该专利技术利用温和的可见光作为钙钛矿薄膜自修复诱导源，可避免钙钛矿材料在紫外光或高温诱导源下发生降解，可在实现高效自修复的基础上，不对钙钛矿材料产生破坏，显著改善钙钛矿薄膜的耐弯折性能以及稳定
性。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于可见光诱导自修复柔性钙钛矿薄膜的制备方法，包括以下步骤：
[0006](1)双硒聚合物的制备：首先，以聚四氢呋喃、二异氰酸酯以及有机锡催化剂为原料，在预设的温度下反应得到聚氨酯预聚体。随后，在聚氨酯预聚体中加入双硒二元醇扩链剂，通过机械搅拌使双硒二元醇在反应体系中充分溶解，形成均一稳定的溶胶，并将溶胶倒入聚四氟乙烯模具中进行热固化反应，形成具有双硒动态共价键的聚氨酯材料。
[0007](2)柔性钙钛矿薄膜的制备：在钙钛矿前驱体溶液中加入预设量含双硒键的聚氨酯材料，通过磁力搅拌使其充分溶解。将上述前驱体溶液旋涂在柔性衬底上，并将其置于热台上在预设温度结晶成膜，即得到柔性钙钛矿薄膜。
[0008]优选地，步骤(1)中所述的聚四氢呋喃的分子量在200～3000Da。
[0009]优选地，步骤(1)中所述的二异氰酸酯包括甲苯二异氰酸酯(TDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、赖氨酸二异氰酸酯(LDI)等脂肪族或脂环族二异氰酸酯中的一种或多种。
[0010]优选地，步骤(1)中所述的有机锡催化剂包括二丁基锡二月桂酸酯、辛酸亚锡、二(十二烷基硫)二丁基锡、二醋酸二丁基锡中的一种或多种。
[0011]优选地，步骤(1)中所述的双硒二元醇包括双(1
‑
羟基甲基)二硒醚、双(2
‑
羟基乙基)二硒醚、双(3
‑
羟基丙基)二硒醚、双(4
‑
羟基丁基)二硒醚、双(5
‑
羟基戊基)二硒醚、双(6
‑
羟基己基)二硒醚、双(7
‑
羟基庚基)二硒醚、双(8
‑
羟基辛基)二硒醚、双(9
‑
羟基壬基)二硒醚、双(10
‑
羟基癸基)二硒醚、11
‑
羟基十一烷二硒醚等脂肪族或脂环族羟基二硒醚中的一种或多种。
[0012]优选地，步骤(1)中所述的聚氨酯预聚体的反应温度为60～100℃。
[0013]优选地，步骤(1)中所述的双硒聚氨酯热固化反应温度为70～150℃。
[0014]优选地，步骤(2)中所述的钙钛矿前驱体分子式为Cs
x
(FA
y
MA1‑
y
)1‑
x
Pb
t
Sn1‑
t
(I
z
Br1‑
z
)3，0≤x<1，0≤y≤1，0≤z≤1，0≤t≤1。
[0015]优选地，步骤(2)中所述的含双硒键的聚氨酯浓度为0.01～1mg/mL。
[0016]优选地，步骤(2)中所述的钙钛矿薄膜的结晶温度为80～200℃。
[0017]通过本专利技术所构思的以上技术方案，与现有技术相比，本专利技术通过在钙钛矿薄膜中引入双硒聚合物，以可见光为自修复激发源，诱导钙钛矿薄膜裂纹处的
‑
Se
‑
Se
‑
动态共价键发生断裂
‑
重排
‑
粘附反应，进而促进薄膜表面裂纹发生自修复。相比于传统的紫外光和高温自修复诱导源而言，该专利技术利用温和的可见光作为钙钛矿薄膜自修复诱导源，可避免钙钛矿材料在紫外光或高温诱导源条件下发生降解，可在实现高效自修复的基础上，不会对钙钛矿材料产生破坏，显著改善钙钛矿薄膜的耐弯折性能以及稳定性。不仅如此，引入的双硒聚合物还可以钝化钙钛矿薄膜表面缺陷，进一步提高器件的稳定性。本专利技术提出的一种基于可见光诱导自修复柔性钙钛矿薄膜的制备方法操作简单、成本低，可实现柔性钙钛矿光伏器件的大面积制备以及拓宽柔性可穿戴光伏器件的应用领域。
附图说明
[0018]图1是具有自修复功能的柔性钙钛矿薄膜制备方法图；
[0019]图2是本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于可见光诱导自修复柔性钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)以聚四氢呋喃、二异氰酸酯以及有机锡催化剂为原料，在预设的温度下反应得到聚氨酯预聚体；在所述聚氨酯预聚体中加入双硒二元醇扩链剂，通过机械搅拌使双硒二元醇在上述反应体系中充分溶解，形成溶胶，并将溶胶倒入聚四氟乙烯模具中进行热固化反应，形成具有双硒动态共价键的聚氨酯材料；(2)在钙钛矿前驱体溶液中加入具有双硒动态共价键的聚氨酯材料，通过磁力搅拌使其充分溶解；将上述前驱体溶液旋涂在柔性衬底上，并将其置于热台上在预设温度结晶成膜，即得到柔性钙钛矿薄膜。2.根据权利要求1所述的一种基于可见光诱导自修复柔性钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的聚四氢呋喃的分子量为200～3000Da。3.根据权利要求1所述的一种基于可见光诱导自修复柔性钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的二异氰酸酯包括甲苯二异氰酸酯(TDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、赖氨酸二异氰酸酯(LDI)等脂肪族或脂环族二异氰酸酯中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的一种基于可见光诱导自修复柔性钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的有机锡催化剂包括二丁基锡二月桂酸酯、辛酸亚锡、二(十二烷基硫)二丁基锡、二醋酸二丁基锡中的一种或多种。5.根据权利要求1所述的一种基于可见光诱导自修复柔性钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的双硒二元醇包括双(1
‑
羟基甲基)二硒醚、双(2
‑
羟基乙基)二硒醚、双(3
‑
羟基丙基)二硒醚、双(4
‑...

【专利技术属性】
技术研发人员：王鸣魁，李雄杰，于海譞，戴乐天，孙强，申燕，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：