[发明专利]一种纳米晶/钙钛矿杂化材料的前驱体溶液

说明书

本发明公开了一种纳米晶/钙钛矿杂化材料的前驱体溶液，其特征在于，以低浓度的纳米晶溶液作为配制钙钛矿溶液的溶剂，从而得到均匀混合的纳米晶/钙钛矿杂化材料的前驱体溶液。该溶液中纳米晶的浓度低于10mg/ml。所述前驱体溶液可以通过一步法制备出纳米晶/钙钛矿杂化薄膜，在热处理的过程中钙钛矿材料在纳米晶表面原位结晶，可以提高钙钛矿的结晶性，且不损害原材料的结构。基于此方法制备的杂化材料薄膜光学和光电性能都获得明显改善。本发明方法制备工艺简单，易于控制，并可推广至制备其他类型的杂化材料。

技术领域

本发明属于光学及光电材料技术领域，特别涉及一种纳米晶去杂化钙钛矿从而优化钙钛矿材料获得纳米晶/钙钛矿杂化材料的前驱体溶液。

背景技术

目前在钙钛矿基的光电材料及光学材料领域中，钙钛矿层的质量直接决定着光电器件及光学器件的性能。近几年来，基于有机-无机杂化钙钛矿的太阳能电池的发展非常迅速，最新被认证的效率已经高达22.1％，在光学领域的应用也已经获得快速的发展。钙钛矿通常是指具有ABX₃构型的晶体材料，而在ABX₃构型中，A、B、X分别指一价的有机阳离子、二价的金属阳离子与阴离子。无机框架将有机组分有序地结合在一个单分子上，从而形成有机-无机杂化的钙钛矿结构。钙钛矿材料的优势主要包括：在可见光范围内的吸光系数非常高、长达数百纳米的电子/空穴扩散长度、很快的电子/空穴传输速度、高的光电转换效率及制备工艺简单等。其中，钙钛矿基的光学及光电器件的性能关键都取决于钙钛矿层的质量，其中，钙钛矿的结晶性、厚度、表面形貌都对器件的性能有至关重要的影响。

纳米晶的优势包括吸光范围与能带位置可调、制备工艺简单、易于制备不同形貌的纳米晶材料等。且纳米晶作为一种无机半导体材料，具有非常好的稳定性，制备的器件可获得较长的使用寿命。特别是半导体纳米晶在尺寸小于其波尔半径，也就是达到量子点范畴时可获得很多新的性质。通过降低量子点尺寸，可以增强量子点的多激子效应，目前已有报道内外量子效率均高于100％的量子点基的器件。近年来，随着纳米晶制备工艺的快速发展，基于纳米晶材料的光电器件及光学器件都已经显示出了比较明朗的应用前景。

目前，关于采用纳米晶去杂化钙钛矿材料的制备还未见报道。而基于钙钛矿与纳米晶的多重优势，将两种优异的材料进行杂化，同时兼顾两种材料的优势，制备一种纳米晶/钙钛矿杂化材料应用于光学或光电领域都具有非常重要的研究意义。

发明内容

本发明通过一种原位结晶的方法对钙钛矿与纳米晶进行杂化，制备一层均匀致密结晶性好的纳米晶/钙钛矿杂化薄膜。与纯钙钛矿的薄膜相比，基于纳米晶/钙钛矿杂化材料的薄膜的光学和光电性能可获得明显提高。

本发明的目的在于提出一种简单易控的纳米晶/钙钛矿杂化材料的前驱体溶液。

本发明提供的一种用于纳米晶/钙钛矿杂化材料的前驱体溶液特征如下：

一种纳米晶/钙钛矿杂化材料的前驱体溶液，其特征在于，以低浓度纳米晶溶液作为配制钙钛矿溶液的溶剂，该溶液中纳米晶的浓度低于10mg/ml。所述前驱体溶液可以通过一步法快速直接地制备出纳米晶/钙钛矿杂化薄膜。

进一步，所述低浓度的纳米晶溶液，是将包含纳米晶的溶液通过多次离心过程洗去纳米晶溶液中的杂质，再将纳米晶通过超声波均匀分散于一种或多种极性溶剂的混合溶剂中，在高速离心机上通过离心后取其上清液从而获得低浓度的均匀分散的纳米晶溶液，所述极性溶剂包括但不限于N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亚砜(DMSO)、γ-丁内酯(GBL)、乙腈(ACN)和N-甲基吡咯烷酮(NMP)。

进一步，所述前驱体溶液是将钙钛矿的原料溶于上述低浓度的纳米晶溶液中，从而得到在纳米量级均匀混合的纳米晶/钙钛矿杂化材料的前驱体溶液，其中离心工艺可调控溶液中纳米晶的浓度，同时通过高速离心所获得的纳米晶尺寸更小且分布更均一。离心速度为2000转/分钟以上，超声过程可以促进纳米晶在溶液中的均匀分散，超声分散的工艺为超声5分钟以上。