[发明专利]一种于氯苯溶液中生长Spiro-OMeTAD单晶的方法

说明书

本发明公开了一种于氯苯溶液中生长Spiro‑OMeTAD单晶的方法，包括以下步骤：首先使用氯苯溶液溶解Spiro‑OMeTAD，其次使用特定波长的紫外光照射，最后再使用反溶剂气相扩散辅助结晶法诱导Spiro‑OMeTAD结晶，即可制得。通过本发明的方法可以制备出不含氯苯溶剂分子的Spiro‑OMeTAD单晶，其是通过改变溶质分子在溶剂中的存在状态进而改变结晶方式。该方法制备出的Spiro‑OMeTAD单晶未使用传统意义上的DMSO溶剂，所以不会溶解钙钛矿，因此克服了其在实际应用中的缺陷，使其作为空穴传输材料的光电子器件可以与钙钛矿太阳能电池的器件制备工艺相兼容。

技术领域

本发明涉及半导体材料技术领域，具体涉及到一种于氯苯溶液中生长Spiro-OMeTAD单晶的方法。

背景技术

Spiro-OMeTAD[2,2’,7,7’-tetrakis(N,N-di-p-methoxyphenyl-amine)9,9’-spirobifluorene]是一种具有螺旋中心的有机小分子半导体材料，在基于溶液成膜的光电子器件中有着广泛的用途，也是当前众多光伏器件和发光器件中的主导空穴传输载体。长期以来，因其玻璃化温度较高，不利于其在溶液成膜或析出时结晶，因而在很大程度上阻碍了其内部分子间电荷的有效传输，因此制备具有特定分子取向排布的Spiro-OMeTAD单晶体是进一步提高其空穴传输性能的关键。在2015年，瑞士研究人员第一次制备出晶体，证明了Spiro-OMeTAD结晶的可能性，但是其制备晶体中包含溶剂分子。后来的研究人员利用反溶剂扩散析晶法成功制备出了纯Spiro-OMeTAD的单晶，但是该方案中使用了强极性的二甲基亚砜作为溶剂，与当前基于Spiro-OMeTAD为空穴传输材料的光电子器件——如钙钛矿与染料敏化太阳能电池等无法兼容。因此，我们需要同时解决Spiro-OMeTAD的纯相晶化以及其与光电子器件兼容的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种于氯苯溶液中生长Spiro-OMeTAD单晶的方法，可以在氯苯溶液中制备出Spiro-OMeTAD单晶，并且可以与当前基于溶液法成膜的器件工艺相兼容。

为达上述目的，本发明提供了一种于氯苯溶液中生长Spiro-OMeTAD单晶的方法，包括以下步骤：

将Spiro-OMeTAD粉末溶解于氯苯中，形成Spiro-OMeTAD溶液，经过滤后置于380-390nm的激光下浸泡1.0-1.5h，最后使用反溶剂气相扩散辅助结晶法诱导Spiro-OMeTAD结晶，制得。

采用上述方案的有益效果是：通过氯苯溶剂溶解Spiro-OMeTAD，形成Spiro-OMeTAD溶液，直接对Spiro-OMeTAD溶液进行反溶剂气相扩散辅助结晶法可以生长出包含氯苯溶剂分子的Spiro-OMeTAD共晶，再对同一批制备的溶液进行特定波长的充分光照处理后，利用反溶剂气相扩散辅助结晶法生长出不含氯苯分子的Spiro-OMeTAD单晶，也就是纯相Spiro-OMeTAD单晶。其中原因是，使用紫外光照射，可以导致单个Spiro-OMeTAD溶质分子的极性改变，使其具有偶极取向排布，这样就会导致多个溶质分子聚合，并且又因为具有偶极取向排布分子间间距变小，所以会把氯苯溶剂分子从Spiro-OMeTAD分子之间挤出，这时再使用抗溶剂甲醇，降低氯苯的溶解度，达到饱和临界点引发结晶得到的就是单晶而不是共晶。

进一步地，Spiro-OMeTAD溶液的浓度为3.0-4.0mg/mL。

进一步地，过滤的条件是：通过100μm的微孔膜。

进一步地，激光的波长的为385nm，浸泡时间为1h。

进一步地，反溶剂气相扩散辅助结晶法诱导Spiro-OMeTAD结晶包括以下步骤：将浸泡后的溶液转移至盛有反溶剂的容器内，在惰性气体条件下，静置，结晶。

进一步地，惰性气体为氮气、氩气或氦气。

进一步地，反溶剂为甲醇。