[发明专利]一种通过改变钙钛矿表面终端来提高其湿度稳定性的方法

说明书

本发明公开了一种通过改变钙钛矿表面终端来提高其湿度稳定性的方法，该方法利用有机无机杂化钙钛矿热分解分为多个步骤的特性，通过热处理工艺去除薄膜表面湿度稳定性差的有机终端，将薄膜转变为无机终端，从而大幅提升钙钛矿薄膜的湿度稳定性。其特征包括：合成结构为ABX₃的钙钛矿薄膜，通过热处理工艺将薄膜表面的有机终端转变为无机终端来提高薄膜的湿度稳定性。本发明的操作简单易行，制备成本低廉，适用于制备高性能高稳定性的有机无机杂化卤化物钙钛矿薄膜，基于本发明制备的钙钛矿薄膜可广泛应用于光电材料与器件领域。

技术领域

本发明属于光电材料与器件领域，具体涉及一种通过改变钙钛矿表面终端来提高其湿度稳定性的方法。

背景技术

随着经济和社会的不断发展，人类对能源的需求量在逐年增加，能源与环境问题也引起了人们越来越多的关注。就我国目前能源结构而言，依然以煤、炭、石油等化石燃料为主，这不利于国家经济、能源与环境的可持续发展。为了解决以上所面临的能源与环境危机，人们开始越来越重视太阳能、风能、海洋能、地热能等新型可再生能源的开发和利用。近年来，伴随着光伏产业的不断发展与进步，太阳能电池的转换效率也得到不断地提升，制备成本不断降低，光伏发电技术已经实现了部分商业化应用，尤其在交通、通讯、汽车、航天、海水淡化等领域都占据十分重要的地位。

有机-无机杂化卤化物钙钛矿(如CH₃NH₃PbI₃)作为一种带隙可调的直接带隙半导体材料，因其具有优异的光电性能而备受关注。钙钛矿太阳能电池(PSCs)的光电转换效率(PCE)在短短几年内已经由3.8％迅速提高到25.2％，是目前最受欢迎的太阳能电池之一。然而，有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池的不稳定性是严重阻碍其商业化的一个主要因素。例如，钙钛矿太阳能器件在暴露于相对湿度(RH)高于50％的环境中后，其光电转换效率会出现迅速下降。虽然现有的封装技术可以有效地防止水分进入器件，但在PSCs的运输和实际使用过程中不可避免地会接触到水分子。因此，提高有机-无机杂化卤化物钙钛矿太阳能电池的湿度稳定性，是实现PSCs工业化应用的重要任务之一。

在钙钛矿太阳能器件中，有机无机杂化卤化物钙钛矿层的本征湿度稳定性较差是引起器件失效的主要原因。许多研究通过在钙钛矿材料中掺杂了各种化学试剂，来提高提高钙钛矿层的本征结构稳定性。例如，通过X位掺杂SCN^-、Br^-或Cl^-来增强碘离子I^-与CH₃NH₃⁺间的相互作用、A位使用疏水或无机阳离子来阻断水分子的渗透、加入聚合物保护钙钛矿、掺杂等价小离子抑制原子空位等。这些方法虽然在一定程度上增强了钙钛矿的湿度稳定性，但是还不足以避免水分引起的降解。此外，掺杂材料价格昂贵，制备方法操作复杂都限制了通过掺杂手段来提高钙钛矿材料湿度稳定性的应用。但是，从上述例子不难看出，提高有机无机杂化卤化物钙钛矿材料的本征湿度稳定性，是改善PSCs湿度稳定性的必经之路。

发明内容

本发明的目的是改善有机无机杂化钙钛矿材料稳定性上的不足，提供一种通过改变钙钛矿表面终端来提高其湿度稳定性的处理方法。该方法的原理是：利用有机无机杂化钙钛矿热分解分为多个步骤的特性(有机组分会在较低的温度下优先开始分解)，通过控制热处理的温度和时间，去除薄膜表面的有机终端，使薄膜转变为无机终端，且不损伤钙钛矿薄膜的内部结构。由于无机终端能更好的阻止水分子与钙钛矿发生反应，因此钙钛矿薄膜的湿度稳定性会大幅提高。本发明的特点是简单易行，制备成本低廉。基于本发明得到的钙钛矿薄膜可广泛应用于光电材料与器件领域。

本发明提供的技术方案是：

本发明公开了一种通过改变钙钛矿薄膜表面终端来提高其湿度稳定性的办法，该方法可以通过控制热处理工艺的温度和时间，将制备出的钙钛矿薄膜由有机终端转变为无机终端，进而提升钙钛矿薄膜的湿度稳定性。具体实施步骤如下：