[发明专利]一种利用钙钛矿量子点形核生长多晶钙钛矿薄膜方法及相关光电器件

说明书

本发明公开了一种利用钙钛矿量子点形核生长多晶钙钛矿薄膜的方法及相关光电器件。将含有一定浓度的钙钛矿量子点反溶剂引入到钙钛矿薄膜的前驱体溶液中，在一定的温度下处理后，通过量子点诱导形核生长多晶钙钛矿薄膜。该钙钛矿薄膜用作光吸收层(或载流子复合)层，采用p‑i‑n或n‑i‑p结构，引入电子传输(或注入)层、空穴传输(或注入)层及电极等，制备得到钙钛矿太阳能电池(或钙钛矿发光二极管)。本发明方法简单，工艺兼容性好，并显著提高了钙钛矿薄膜的结晶质量，提升了太阳能电池的光电转换效率和发光二极管器件的发光效率等性能。

技术领域

本发明属于光电器件领域，涉及一种利用钙钛矿量子点形核生长多晶钙钛矿薄膜的方法，主要涉及通过反溶剂溶液法引入钙钛矿量子点进行诱导形核生长高质量的多晶钙钛矿薄膜，并应用于制备高性能的钙钛矿光电器件，包括太阳能电池和发光二极管。

背景技术

近年来，有机金属卤化物钙钛矿太阳能电池迅速成为光伏领域的研究热点。有机金属卤化钙钛矿材料具有可调的禁带宽度，高的光学吸收系数和较长的载流子扩散长度等优点。短短六七年时间，有机金属卤化物钙钛矿太阳能电池最高转换效率已经达到22.1％(W.S.Yang,B.W.Park,E.H.Jung,et al.Science,356(2017)1376)，接近晶体硅太阳能电池的效率。除了光伏应用外，有机金属卤化物钙钛矿展现出较高的电致发光量子效率和发光颜色纯度，在高性能的发光二极管应用中也具有较大的潜力。然而，要想获得高性能的钙钛矿太阳能电池和发光二极管，钙钛矿薄膜的质量起到了最关键的作用。

目前制备高质量钙钛矿薄膜的方法已有很多种，其中反溶剂法是一种能获得较高结晶质量，和较好重复性的成膜方法。为了提高钙钛矿薄膜的质量和光电器件的性能，研究人员也通过往反溶剂中添加各种添加剂的方法来提高钙钛矿薄膜的质量，如聚甲基丙烯酸甲酯(D.Bi,C.Yi,J.Luo,et al.Nat.Energy 1(2016)16142)、α-bis-PCBM(F.Zhang,W.Shi,J.Luo,et al.Adv Mater 29(2017)1606806)、1,3,5-三(1-苯基-1H-苯并咪唑-2-基)苯(H.Cho,S.H.Jeong,M.H.Park,et al.Science 350(2015)1222)等。但是这些添加剂与钙钛矿本身晶格结构不匹配，具有较差兼容性，会造成无法预估的最终形貌。本发明提出，在反溶剂溶液法中，采用钙钛矿量子点诱导形核制备多晶钙钛矿薄膜，提高了钙钛矿薄膜的质量，并应用于钙钛矿太阳能电池和发光二极管。将形核生长的钙钛矿薄膜用作光吸收层，或用作载流子复合层，制备得到钙钛矿太阳能电池或钙钛矿发光二极管。本发明方法简单，工艺兼容性好，并显著提升了钙钛矿太阳能电池的光电转换效率和发光效率，增加了在太阳能电池和发光领域的应用性。

发明内容

本发明的目的在于：解决钙钛矿多晶薄膜结晶质量差，提供一种利用钙钛矿量子点形核生长多晶钙钛矿薄膜的方法，实现钙钛矿薄膜结晶性显著提升，并制备高性能的钙钛矿太阳能电池和发光二极管。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种利用钙钛矿量子点形核生长多晶钙钛矿薄膜的方法，其特征在于，采用反溶剂法制备钙钛矿薄膜，且反溶剂中含有尺寸为1-100nm的钙钛矿量子点，浓度为0.001～5mg/ml。

进一步地，将含有钙钛矿量子点的反溶剂加入到钙钛矿前驱体中，在低于150℃的气体氛围下，热处理1-100分钟，通过量子点诱导形核生长多晶钙钛矿薄膜。

进一步地，所述反溶剂为甲苯、氯苯、氯仿、乙醚、乙酸乙酯、乙硫醚等。