[发明专利]一种新型二维钙钛矿薄膜的制备方法

说明书

本发明属于钙钛矿材料技术领域，具体涉及一种新型二维钙钛矿薄膜的制备方法，1)将二维钙钛矿单晶溶解在由极性溶剂A与非极性溶剂B组成的混合溶剂中，制备二维钙钛矿前驱体溶液；2)采用所述二维钙钛矿前驱体溶液制备二维钙钛矿薄膜；其中，所述极性溶剂A由二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、N，N‑二甲基乙酰胺、γ‑丁内酯、N‑甲基吡咯烷酮中的任意一种或多种混合而成，所述非极性溶剂B由甲苯、氯苯、乙酸乙酯、苯甲醚中的一种或多种混合而成。本发明保证了二维钙钛矿薄膜的相纯度和分布，可有效地降低低层数相的形成，减少缺陷浓度，获得高质量的二维钙钛矿薄膜，且工艺流程简单，易于操作。

技术领域

本发明属于钙钛矿材料技术领域，具体涉及一种新型二维钙钛矿薄膜的制备方法。

背景技术

无机卤化物钙钛矿具有可调节的带隙、高的吸收系数、较长的载流子寿命和较高的稳定性，有望成为下一代太阳能电池的吸收材料。钙钛矿太阳能电池的功率转换效率(PCE)在几年内从9.7％提高到25.2％。高性能钙钛矿太阳能电池以三维钙钛矿为主，然而，由于三维钙钛矿内在不稳定性而产生的不可逆分解使人们对三维钙钛矿太阳能电池的商业化提出了严重质疑。为了满足进一步的商业化要求，二维卤化物钙钛矿由于其疏水有机间隔层具有较好的防潮性能而受到人们的关注。二维钙钛矿采用L₂S_n-1M_nX_3n+1或L′A_n-1M_nX_3n+1的通式，其中L和S为一价有机阳离子，L′为二价有机阳离子，M为二价金属，X为卤素离子，n为无机层层数。L₂S_n-1M_nX_3n+1家族，简称Ruddlesden Popper(RP)2D钙钛矿，以(PEA)₂(MA)_n-1Pb_nI_3n+1和(BA)₂(MA)_n-1Pb_nI_3n+1(PEA＝苯乙基胺，BA＝正丁胺)为代表，在钙钛矿半导体器件中得到了广泛的应用。然而，由于有机间隔阳离子的加入，两个无机层间的带隙能增大，量子阱结构带来的二维量子约束和介电约束增加了激子结合能，绝缘的有机间隔阳离子限制了电荷在二维钙钛矿薄膜中的传输，使得二维钙钛矿器件的性能相对较差。

采用传统的按比例配制钙钛矿前驱体溶液制备出的多晶钙钛矿薄膜存在大量低层数相，且各相分布混乱，缺陷浓度增加，固有的晶粒尺寸和表面缺陷带来明显的非辐射载流子复合，抑制光电半导体器件性能的提高。

发明内容

本发明的目的是为解决现有钙钛矿前驱体溶液制备的多晶钙钛矿薄膜存在大量n值相，且各相分布混乱等技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明提供了一种新型二维钙钛矿薄膜的制备方法，包括以下步骤：

1)将二维钙钛矿单晶溶解在由极性溶剂A与非极性溶剂B组成的混合溶剂中，制备二维钙钛矿前驱体溶液；

2)采用所述二维钙钛矿前驱体溶液制备二维钙钛矿薄膜；

其中，所述极性溶剂A由二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、N，N-二甲基乙酰胺、γ-丁内酯、N-甲基吡咯烷酮中的任意一种或多种混合而成，所述非极性溶剂B由甲苯、氯苯、乙酸乙酯、苯甲醚中的一种或多种混合而成。

进一步地，所述极性溶剂A与非极性溶剂B的体积比为1-9，所述二维钙钛矿前驱体溶液的浓度为0.1-4.0mol/L。