[发明专利]一种骨棒结构的钙钛矿薄膜材料的制备及其应用

说明书

技术领域

本发明属于有机无机复合材料和光电材料技术领域，特别涉及一种骨棒结构的钙钛矿薄膜材料的制备方法及其在太阳能电池中的应用。

背景技术

太阳能因廉价、清洁、环境友好和可再生等优点引起科学研究者的广泛关注。近几年，钙钛矿型有机铅卤化合物(ABX₃)具有良好的光吸收、光电转换特性以及原料丰富、成本廉价、可低温溶液制备等特点，已经受到越来越多的人的重视。基于这种钙钛矿材料的太阳能电池的光电转换效率发展迅猛。其中，有机铅卤化合物作为电池的吸光材料，其形貌、微结构和结晶性在很大程度上影响光生载流子在钙钛矿电池的分离与传输，因而调控有机铅卤钙钛矿吸光材料形貌及结晶度是提高钙钛矿太阳能电池的光电转换效率的重点之一。目前，有机铅卤钙钛矿薄膜主要由球形颗粒无序堆积而成。最近有文献报道JeongHyeok Im等(JeongHyeok Im，Jingshan Luo，Marius Franckevicius，Nano Lett，2015，15，2120-2126)通过在碘甲胺的异丙醇溶液中，加入极性非质子溶剂，制备有序的纳米线状的钙钛矿，提高了载流子传输特性。然而，目前对有机铅卤钙钛矿吸光材料的有序制备的报道甚少。六亚甲基四胺(HMT)，常用于无机纳米材料的制备。Mingzhi Jiao等(Mingzhi Jiao，Nguyen Viet Chien，Nguyen Van Duy，Materials Letters，2016，169，231–235)等采用硝酸锌与HMT为前驱体溶液，利用化学浴方法成功制备了排列有序的ZnO纳米管。但其在有机无机材料的制备，特别是调控材料形貌的应用研究至今还未有文献报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种骨棒结构的钙钛矿薄膜材料的制备方法及其在太阳能电池中的应用。将HMT加入到前驱体溶液中，利用旋涂法制成骨棒状结构的有机铅卤钙钛矿薄膜，将此薄膜用在太阳能电池中，具有良好的光电转化效率和较好的稳定性。

本发明制备骨棒结构钙钛矿薄膜材料，具体步骤如下：

1)钙钛矿前驱体液的配置：

将有机胺离子化合物AX、金属盐化合物MX₂与HMT(六亚甲基四胺)混合到有机溶剂中，常温搅拌过夜，配置成钙钛矿前驱体溶液；

2)钙钛矿薄膜的制备：

在手套箱中，将步骤1)所得的钙钛矿前驱体溶液，采用旋涂法，在导电基底或涂有电子传输薄层的导电基底上，进行钙钛矿薄膜的制备，滴加氯苯，促进钙钛矿结晶和快速成核；而后将制备好的薄膜在加热板上退火，冷却至室温，得到骨棒结构的钙钛矿薄膜。

太阳能电池中的应用：骨棒结构的钙钛矿薄膜在太阳能电池结构中的应用。

其中AX中的A基团选自CH₃NH₃、NH₂-CH＝NH₂、CH₃CH₂NH₃、CH₃(CH₂)₂NH₃、CH₃(CH₂)₃NH₃、C₆H₅(CH₂)₂NH₃基团中的一种；

AX中的X为I、Br、Cl中一种。其中AX选自上述AX所述的一种、两种或几种混合物。

MX₂中的金属M为Pb、Sn中的一种；金属盐化合物中的阴离子X为I、Br、Cl中一种。MX₂选自上述MX₂所述的一种、两种或几种混合物。

所述的有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、二甲亚砜(DMSO)、γ-丁内酯(GBL)中的至少一种。

AX、MX₂的摩尔比为1:1，HMT(六亚甲基四胺)在有机溶剂中的浓度为0.1-3mg/ml；AX和MX₂在钙钛矿前驱体溶液中的质量百分含量优选为30-60wt％。

所述的导电基底为FTO导电玻璃、ITO导电玻璃或柔性导电基底。

所述的电子传输薄层的材料为ZnO、TiO₂、SnO₂、和PCBM中的任意一种半导体材料。

所述得在加热板上退火处理为50～100℃加热5～60min。