[发明专利]一种含硫有机无机杂化钙钛矿薄膜及纳米棒的制备方法

说明书

本发明公开了一种含硫有机无机杂化钙钛矿薄膜及纳米棒的制备方法，首次使用含硫的有机阳离子合成钙钛矿薄膜，制得的钙钛矿材料具有稳定的六方相晶体结构，在空气中可以稳定存放，该新型含硫有机无机杂化钙钛矿薄膜及纳米棒材料的结构式为(CH₃)₃SPbI₃，用两步法制备钙钛矿薄膜，通过延长第二步的浸泡时间可以得到具有一维六方相的纳米棒阵列，制备出的含硫杂化钙钛矿纳米棒阵列具有吸收系数高、宽带隙、稳定性高的特性，在太阳能电池和光电探测器等领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及光电材料制备技术领域，具体涉及一种含硫有机无机杂化钙钛矿薄膜及纳米棒的制备方法。

背景技术

当今社会的高速发展使得化石能源被不断发掘与利用，随之而来的“能源危机”以及化石能源使用过程中造成的环境问题越来越受到人们的重视。拓展可再生、环境友好的新能源势在必行。太阳能在地球上取之不尽，是最清洁的能源并且获得便利，对于可持续发展至关重要。目前商业化的太阳能电池主要是硅基太阳能电池和多元化合物薄膜太阳能电池，但其制作成本较高，并且制造过程中的污染和能耗问题限制了其大面积的使用。近年来，新一代的有机无机杂化钙钛矿太阳能电池以其高效率、低成本、简单的电池结构和制备方法等优点成为研究热点之一。

有机无机杂化钙钛矿是一种有机组分于无机框架通过氢键自组装的晶体材料，其通用结构化学式可表示为ABX₃，其中A代表有机阳离子，主要包括CH₃NH₃⁺和CH(NH₂)₂⁺通过氢键作用填充在铅或锡金属卤化物八面体无机模板层的空隙中，通过自组装的方式形成三维有机无机杂化钙钛矿。这类钙钛矿型光伏材料从分子尺度上结合了有机材料和无极材料的优点，具有优异的双极性导电特性、极高的吸光系数和较宽的可调发射波长，发光效率高，激子结合能较大，载流子迁移率高，光致发光强，半峰宽窄，制备方法简单，并且可以通过对有机组分和无机组分进行调控从而实现光电特性的优化。

胺基钙钛矿材料主要以3D结构为主，虽然具有优越的光电特性，但稳定性欠佳。为了钙钛矿材料的工业化应用，提高钙钛矿材料的稳定性显得尤为重要。为了改善钙钛矿材料的稳定性，通常选择离子半径较大的有机阳离子作为A位离子，通过容忍因子(t)的大小来判断有机阳离子对材料稳定性的影响。容忍因子在0.8＜t＜1范围内时会形成3D钙钛矿结构，当t＞1时，会形成1D或2D结构。一维纳米棒在稳定性和光电性能方面优于三维结构。纳米棒阵列是由众多长度，粗细均匀的纳米棒垂直于衬底构成的类似纳米薄膜结构，具有性质和形貌均一的优势，纳米棒阵列的物理、化学等属性仍保持单根纳米棒的特性。扩大钙钛矿材料体系，制备多种钙钛矿材料为整个钙钛矿材料体系创造更多的可能性以及极大的应用空间。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种含硫有机无机杂化钙钛矿薄膜及纳米棒的制备方法，首次利用两步法制备新型含硫有机无机杂化钙钛矿(CH₃)₃SPbI₃薄膜和纳米棒阵列，制备工艺简单，结晶度较高，制备的(CH₃)₃SPbI₃纳米棒的长度和粗细均匀。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种含硫有机无机杂化钙钛矿薄膜及纳米棒的制备方法，包括以下步骤：

S01: 称取一定量的PbI₂粉末溶于二甲基甲酰胺中，在磁力搅拌器上搅拌一段时间，直到所有PbI₂粉末完全溶解，得到澄清的PbI₂黄色溶液；

S02: 称取一定量的 (CH₃)₃SI，超声溶于乙腈中，得到透明的(CH₃)₃SI乙腈溶液；