[发明专利]一种改变钙钛矿晶胞参数提高钙钛矿性能的方法

说明书

本发明公开了一种改变钙钛矿晶胞参数提高钙钛矿性能的方法，离子、原子或分子掺杂到钙钛矿材料晶格结构中，改变钙钛矿晶胞参数，进而改善钙钛矿材料能带结构、载流子迁移率、载流子寿命、协调发光特性、材料微结构形貌以及材料稳定性等，进而改善钙钛矿材料性能；包括：合成具有化学式ABX₃、A₂C₁D₁X₆或A₂B_xC_1‑xDX₆(0x1)的钙钛矿材料，再将电子、离子、原子、分子等掺杂进入钙钛矿结构中来改善其性能以及稳定性。本发明成本低廉、效果显著，适用于制备高质量高稳定性钙钛矿材料并具备工业化生产潜质，所得到的钙钛矿材料可以应用于钙钛矿太阳能电池、发光二极管、微传感器件、激光器、光电探测器、光敏二极管、薄膜晶体管等光电、铁电、压电功能器件领域。

技术领域

本发明属于光电、铁电、压电功能材料与器件领域，具体涉及一种改变钙钛矿晶胞参数提高钙钛矿性能的方法以及钙钛矿材料材料的相关应用。

背景技术

由于化石能源的不可再生和污染问题，探究一种可再生低污染的能源获取方式是具有跨时代意义的，而太阳能电池的发展与应用就可以很好地解决这个问题。钙钛矿太阳能电池的突破性发现已经彻底改变了第三代光伏器件。近五年来，在钙钛矿太阳能电池的研发过程中，其效率提升到25.2％。这对钙钛矿电池的研究进展表明了，钙钛矿太阳能电池具备成为高效太阳能转化装置的潜力。

钙钛矿材料具有光电性能优越、加工成本低廉、原料广泛等优点，并已经在钙钛矿太阳能电池、发光二极管、微传感器件、激光器、光电探测器、光敏二极管、薄膜晶体管等光电功能器件领域被广泛研究。而传统工艺制备的钙钛矿薄膜，在光照、水、氧气、紫外等条件下稳定性不好很容易分解，这严重限制了钙钛矿薄膜在光学器件领域的应用。

发明内容

为了改善钙钛矿材料稳定性和性能上的不足，本发明提供一种改变钙钛矿晶胞参数提高钙钛矿性能的新方法，将离子、原子、分子或空穴掺杂到钙钛矿材料晶格结构中，改变钙钛矿晶胞参数，进而改善钙钛矿材料能带结构、载流子迁移率、载流子寿命、材料稳定性、材料微结构形貌以及发光特性等，进而改善钙钛矿材料性能；本发明具备工艺简单成本低廉的特点；基于本发明得到的钙钛矿功能材料可以应用于钙钛矿光电、压电、铁电等各种领域。

本发明提供的技术方案是：

一种改变钙钛矿晶胞参数提高钙钛矿性能的方法,该方法将离子、原子或分子掺杂到钙钛矿材料晶格结构中，改变钙钛矿晶胞参数，进而改善钙钛矿材料能带结构、载流子迁移率、载流子寿命、材料稳定性、材料微结构形貌以及发光特性等。具体实施步骤如下：

1)通过选取AX、BX₂、CX、DX₃(A为中心阳离子、B、C、D为配位阳离子、X为卤素离子)化合物中的两种或两种以上化合物置于有机溶剂中合成浓度为0.1mol/L～5mol/L的有机-无机卤化物钙钛矿或纯无机钙钛矿前驱体溶液。然后通过旋涂法、水热合成法、定向凝固法等钙钛矿合成方法在特定基地(如玻璃、ITO玻璃、柔性材料)上合成钙钛矿薄膜或合成粒径在10nm～100mm的钙钛矿单晶，其化学式为ABX₃、A₂C₁D₁X₆或A₂B_xC_1-xDX₆(0x1)。

2)利用热扩散、离子注入、等离子电离、碰撞电离等掺杂方法将尺度在298pm以下的分子、离子、原子激发为具备足够的能量足以通过碰撞进入钙钛矿材料的八面体或四面体间隙之中。以Plasma为例，惰性气体辉光，掺杂气体被电离激发后形成高能量原子、分子或离子后，将其掺杂到钙钛矿中，通过该处理形成结构稳定且光学性能优良的钙钛矿材料。