[发明专利]垂直取向结构的二维有机-无机杂化钙钛矿薄膜材料

说明书

本发明公开了具有垂直取向结构的二维有机‑无机杂化钙钛矿薄膜材料，其特征在于制备过程为：首先将甲脒氢碘酸盐、有机胺氢碘酸盐、碘化铅、晶体生长调节剂混合溶解于有机溶剂中获得前驱体溶液；然后将前驱体溶液旋涂成膜，并退火。本发明采用在三维有机‑无机杂化钙钛矿材料中引入大体积有机胺和晶体生长调节剂的方法，通过对活性层材料化学结构的设计、晶体结构的调控，一方面使晶体薄膜具有垂直基底取向生长的特征以获得良好的载流子输运能力，另一方面提高了材料在潮湿环境中的稳定性。对于实现可大面积溶液加工的高稳定、高效率光电器件具有十分重要的意义。

技术领域

本发明涉及一种具有垂直取向结构的二维有机-无机杂化钙钛矿薄膜材料。

技术背景

近年来三维有机-无机杂化钙钛矿材料发展迅速，其具有高光学吸收系数，高载流子迁移率，简单的溶液制备方法等优点，使得这一材料被广泛应用于太阳电池领域，由三维有机-无机杂化钙钛矿材料制备的太阳电池最高效率已超20％。然而，三维有机-无机钙钛矿材料在潮湿环境下稳定性不好，限制了这一材料的实际应用。

相比于三维钙钛矿材料，二维钙钛矿材料具有更好的湿稳定性。二维有机-无机杂化钙钛矿材料是钙钛矿材料中的一类，沿三维钙钛矿晶体<100>面切开，插入一层一价大尺寸有机铵离子可形成二维结构。已有文献报道了基于碘化铅的二维有机-无机杂化钙钛矿材料及其太阳电池，但是，由于二维结构倾向于沿着基底结晶生长的特性，致使一价大尺寸有机铵形成平行于基底排布的分子层，其绝缘特性成为了垂直于基底方向电荷传输的阻碍，大大降低了以该类材料作为活性层的光电器件在垂直方向的电流，限制了该类材料在相关光电器件中的应用。

如果能够发明一种简便的方法实现二维有机-无机杂化钙钛矿薄膜材料中晶体垂直于基底生长取向，在保持制备工艺简单便捷优点的前提下，既发挥了二维钙钛矿湿稳定的优势，又保持了三维钙钛矿材料高的电荷输运能力的特点，对于实现可大面积溶液加工的高稳定、高效率光电器件具有十分重要的意义。

本发明通过在制备过程中添加晶体生长调节剂的方法，调节二维钙钛矿材料中晶体生长方向，获得垂直基底生长的有机-无机杂化钙钛矿薄膜材料，在保持二维钙钛矿材料高湿稳定性的同时，垂直取向生长使得二维钙钛矿材料在垂直基底方向载流子迁移率与三维材料相当，对于实现可大面积溶液加工的高稳定、高效率光电器件具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有垂直取向结构的二维有机-无机杂化钙钛矿薄膜材料。

具有垂直取向结构的二维有机-无机杂化钙钛矿薄膜材料的制备过程为：首先将甲脒氢碘酸盐、有机胺氢碘酸盐、碘化铅、晶体生长调节剂混合溶解于有机溶剂中获得前驱体溶液；然后将前驱体溶液旋涂成膜，并退火。

所述的有机胺氢碘酸盐为正丁胺氢碘酸盐或苯乙胺氢碘酸盐。

所述的晶体生长调节剂为硫氰酸铵、氯化铵、二甲基亚砜

所述的有机溶剂为γ-羟基丁酸内酯、N,N-二甲基甲酰胺。

前驱体溶液中，碘化铅与有机溶剂的配比为100-800毫克:1毫升；甲脒氢碘酸盐:有机胺氢碘酸盐:碘化铅:晶体生长调节剂(摩尔比)为2:2:3:x或3:2:4:x或4:2:5:x。x＝0.01-10；

旋转速度范围2000-8000转/分钟，旋转时间范围10-60秒。

退火温度范围70-150℃，退火时间范围5-20分钟

本发明通过在制备过程中添加晶体生长调节剂的方法，调节二维钙钛矿材料中晶体生长方向，获得垂直基底生长的有机-无机杂化钙钛矿薄膜材料，在保持二维钙钛矿材料高湿稳定性的同时，垂直取向生长使得二维钙钛矿材料在垂直基底方向载流子迁移率与三维材料相当，对于实现可大面积溶液加工的高稳定、高效率光电器件具有十分重要的意义。

附图说明