[发明专利]一种局域二维-三维异质结钙钛矿薄膜及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种局域二维‑三维异质结钙钛矿薄膜，所述局域二维‑三维异质结钙钛矿薄膜包括三维钙钛矿薄膜和二维钙钛矿纳米片的组合；所述二维钙钛矿纳米片嵌入所述三维钙钛矿薄膜表面晶界处，且不完全覆盖所述三维钙钛矿薄膜；所述局域二维‑三维异质结钙钛矿薄膜能够有效减少钙钛矿材料本身的缺陷密度，抑制非辐射复合，同时提高准费米能级的分裂，将其应用于太阳能电池时，可以提升电池的工作效率以及在高湿度条件下的长期稳定性，具有重要研究价值。

技术领域

本发明属于太阳能技术领域，具体涉及一种局域二维-三维异质结钙钛矿薄膜及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，随着社会与经济的发展，人类对清洁能源的需求越来越高。太阳能电池直接将光转换为人类所需的电能，不需要中介媒质，是最受欢迎的清洁能源之一。有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池(PSCs)由于其一系列的优点，受到了广泛的关注，其光电转换效率(PCE)在10年内从3.8％迅速提高到25.5％，被认为是最有发展前景的新一代薄膜太阳能电池，且其制备成本低，使得该技术有望成为下一代光伏发电技术。然而，钙钛矿在水、热和光条件下的本征不稳定性会影响器件的长期稳定性，进一步阻碍了该技术的商业化应用。其中，湿度对钙钛矿对钙钛矿的稳定性尤其不利，其可诱导水分与吸湿性有机阳离子反应而发生不可逆分解作用。

近些年来，二维层状钙钛矿因具有优越的稳定性，有望解决钙钛矿太阳能电池稳定性问题，因其具有疏水性有机阳离子，可有效阻止水分对钙钛矿的分解。二维钙钛矿具有Ruddlesden-Popper(RP)型和Dion-Jacobson(DJ)型两种结构。其中，DJ型二维钙钛矿具有更好的结构稳定性和晶格刚度。CN111446371A公开了一种基于二维钙钛矿单晶的太阳能电池及其制备方法，利用RP型二维钙钛矿单晶作为太阳能电池的光吸收材料，二维钙钛矿单晶包括N层二维钙钛矿单层，N≥2；二维钙钛矿单层包括n层共角碘化铅八面体、n层有机配体A及2层有机配体B，n≥1，且二维钙钛矿单层均具有相同的n值，有机配体A嵌入共角碘化铅八面体空隙，有机配体B分别位于共角碘化铅八面体的相对两侧，二维钙钛矿单层的化学式为B₂A_n-1Pb_nI_3n+1，且有机配体B的碳原子数大于有机配体A；该发明基于二维钙钛矿单晶的太阳能电池具有环境稳定性高和光电转换效率高的优点。但是，尽管二维钙钛矿电池具有良好的稳定性，但其光电转化效率仍低于相应的三维钙钛矿太阳能电池，主要是因为绝缘有机间隔层产生能量势垒，形成量子阱结构，从而增加了激子的结合能，使带隙变宽，对电荷传输产生不利影响。