一种钙钛矿薄膜缺陷的钝化方法技术

本发明专利技术公开了一种钙钛矿薄膜缺陷的钝化方法，属于光电器件技术领域。本发明专利技术在钙钛矿前驱液中添加ZIF

【技术实现步骤摘要】
一种钙钛矿薄膜缺陷的钝化方法


[0001]本专利技术涉及光电器件
，具体涉及一种钙钛矿薄膜缺陷的钝化方法。

技术介绍

[0002]近年来，钙钛矿材料因其优异的长载流子寿命、长载流子扩散长度、高光吸收系数、低温溶液可处理能力等光电学性能而受到广泛关注，因此，钙钛矿材料被认为是高性能光电探测器和太阳能电池的重要候选者。然而，钙钛矿薄膜的短期稳定性极大阻碍了其实际应用。稳定性差的问题主要是由于在钙钛矿多晶薄膜的晶界处存在高密度的缺陷态，这些缺陷态会吸附水、氧，引发钙钛矿的降解，如果存在晶间裂纹，水、氧则会迅速扩散到钙钛矿晶粒中，进一步加速钙钛矿降解。此外，晶界主要由表面缺陷和陷阱组成，由于陷阱辅助的载流子非辐射复合，进一步降低器件的性能。因此，抑制钙钛矿薄膜的缺陷态，提高钙钛矿的稳定性是推进钙钛矿薄膜器件实际应用的关键技术。

技术实现思路

[0003]针对现有技术中存在的一些不足，本专利技术提供了一种钙钛矿薄膜缺陷的钝化方法。本专利技术在钙钛矿前驱液中添加ZIF
‑
67，调控薄膜生长，提高结晶质量。此外，ZIF
‑
67会释放部分金属离子钝化空位缺陷，提高薄膜性能及稳定性。
[0004]本专利技术提供了一种钙钛矿薄膜缺陷的钝化方法，所述方法包括：通过在钙钛矿前驱液里面添加ZIF
‑
67，来钝化所制备的钙钛矿薄膜的缺陷。
[0005]进一步的，所述钙钛矿薄膜包括：钙钛矿本体和ZIF
‑
67。所述钙钛矿本体为ABX3，其中A可为甲胺阳离子(MA
+
)、甲眯阳离子(FA
+
)、铯阳离子(Cs
+
)，B可为铅阳离子(Pb
2+
)、锡阳离子(Sn
2+
)，X可为氯阴离子(Cl
‑
)、溴阴离子(Br
‑
)、碘阴离子(I
‑
)。
[0006]进一步的，所述方法包括如下步骤：
[0007]步骤1、配置钙钛矿前驱液，将AX与BX2粉末按照摩尔比1:1混合，溶于N
‑
N二甲基甲酰胺和二甲基亚砜的混合溶液中(体积比为4:1～9:1),形成0.4～1.3mol/L的钙钛矿前驱液；
[0008]步骤2、配置ZIF
‑
67掺杂的钙钛矿前驱液，将ZIF
‑
67粉末添加到钙钛矿前驱液当中，形成掺杂浓度为0.5～8mg/ml的ZIF
‑
67掺杂的钙钛矿前驱液；
[0009]步骤3、提供经过处理的基底；
[0010]步骤4、采用抗溶剂旋涂的方式制备ZIF
‑
67掺杂的钙钛矿薄膜；
[0011]步骤5、70～80℃退火1～3分钟，100～120℃退火10～30分钟，得到高质量的钙钛矿薄膜。
[0012]进一步的，步骤3中，所述的基底可为：ITO导电玻璃或FTO导电玻璃。
[0013]进一步的，步骤3中，所述基底的处理步骤包括：
[0014]步骤A1、依次使用丙酮、无水乙醇和去离子水对基底进行超声清洗，去除衬底表面的油污及杂质，每次超声时间为5～8分钟；
[0015]步骤A2、氮气吹掉透明导电基底上面的水珠；
[0016]步骤A3、干燥箱60～80℃烘干；
[0017]步骤A4、等离子体或臭氧清洗10～20分钟，增加基底表面亲水性。
[0018]本专利技术的有益效果是：
[0019]本专利技术在钙钛矿前驱液中添加ZIF
‑
67，其规则的支架结构可使钙钛矿微晶在结晶的初始阶段有序排列，从而效调控薄膜生长，减少晶界缺陷。
[0020]此外，ZIF
‑
67释放部分Co离子填补钙钛矿中的铅空位，与卤素离子形成强健结合，可以有效减少钙钛矿薄膜的缺陷态形成，降低载流子传输过程中的非辐射复合损耗，提高载流子寿命近1.7倍，并显著增强钙钛矿薄膜的稳定性。
[0021]本专利技术在钙钛矿前驱液中添加ZIF
‑
67，因其具有良好的溶剂加工能力、丰富的金属位点及较高的稳定性，使得其在钙钛矿光伏领域具有很大的应用潜力。
附图说明
[0022]图1是钙钛矿薄膜的形貌图；
[0023]图2是钙钛矿薄膜的XPS图；
[0024]图3是钙钛矿薄膜的载流子寿命测试结果图；
[0025]图4是钙钛矿薄膜的加速老化XRD测试结果图。
[0026]图中：MAPbI3为没有掺杂ZIF
‑
67的钙钛矿薄膜，MAPbI3‑
Z67为掺杂ZIF
‑
67的钙钛矿薄膜。
具体实施方式
[0027]下面结合附图以及具体实施例对本专利技术作进一步的说明，但本专利技术的保护范围并不限于此。
[0028]实施例1：
[0029](1)基底的处理
[0030]取1.5cm
×
1.5cm
×
1.1mm的ITO导电玻璃；
[0031]依次使用丙酮、无水乙醇和去离子水对透明导电衬底进行超声清洗，去除衬底表面的油污及杂质，每次超声时间为6分钟；
[0032]氮气吹掉透明导电基底上面的水珠；
[0033]干燥箱60℃烘干；
[0034]等离子体或臭氧清洗15分钟，增加基底表面亲水性；
[0035](2)配置钙钛矿前驱液，将MAI与PbI2粉末按照摩尔比1:1混合，溶于N
‑
N二甲基甲酰胺和二甲基亚砜的混合溶液中(体积比为4:1)，得到1.3mol/L的MAPbI3前驱液；
[0036](3)配置ZIF
‑
67掺杂的钙钛矿前驱液，将ZIF
‑
67粉末添加到钙钛矿前驱液当中，形成掺杂浓度为0.5mg/ml的ZIF
‑
67掺杂的钙钛矿前驱液；
[0037](4)取50μl的ZIF
‑
67掺杂的钙钛矿前驱液滴加到ITO衬底上，以3000～5000r/min的转速旋涂30s，在第10～12秒的时候滴加300μl的乙酸乙酯得到ZIF
‑
67掺杂的钙钛矿薄膜；
[0038](5)将旋涂得到的薄膜放到热台上，70℃退火1分钟，100℃退火10分钟，得到高质
量的钙钛矿层；
[0039]对照例钙钛矿层的制备：与ZIF
‑
67掺杂的钙钛矿层的制备相同，不同之处仅在于：不添加ZIF
‑
67粉末。
[0040]添加在钙钛矿前驱液中的ZIF
‑
67具有规则的支架结构，可使钙钛矿微晶在结晶的初始阶段有序排列，从而效调控薄膜生长。钙钛矿层的形貌图如图1所示，ZIF
‑
67掺杂的钙钛矿层的薄膜形貌得到改善，晶粒增大，晶界减少。
[0041]如图2所示，XPS中掺杂ZIF
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钙钛矿薄膜缺陷的钝化方法，其特征在于，通过在钙钛矿前驱液里面添加ZIF
‑
67，来钝化所制备的钙钛矿薄膜的缺陷。2.根据权利要求1所的钙钛矿薄膜缺陷的钝化方法，其特征在于，所述钙钛矿薄膜包括：钙钛矿本体和ZIF
‑
67；所述钙钛矿本体为ABX3，其中A可为甲胺阳离子MA
+
、甲眯阳离子FA
+
、铯阳离子Cs
+
，B可为铅阳离子Pb
2+
、锡阳离子Sn
2+
，X可为氯阴离子Cl
‑
、溴阴离子Br
‑
、碘阴离子I
‑
。3.根据权利要求1所述的钙钛矿薄膜缺陷的钝化方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、配置钙钛矿前驱液，将AX与BX2粉末按照摩尔比1:1混合，溶于N
‑
N二甲基甲酰胺和二甲基亚砜的混合溶液中，形成0.4～1.3mol/L的钙钛矿前驱液；步骤2、配置ZIF
‑
67掺杂的钙钛矿前驱液，将ZIF
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王权，程培宇，陈明明，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：