[发明专利]一种基于三元溶剂制备Dion-Jacobson型准二维钙钛矿薄膜的方法

说明书

本发明公开了一种基于三元溶剂制备Dion‑Jacobson型准二维钙钛矿薄膜的方法。本发明以N，N‑二甲基酰胺，二甲基亚砜和第三种具有高沸点、低饱和蒸气压的溶剂组成三元溶剂，将钙钛矿前驱体材料及添加剂加入该三元溶剂中，并经过液相沉积法制成湿膜，再经溶剂淬灭工艺预结晶；最后经退火处理后得到DJ型准二维钙钛矿薄膜。与单一溶剂体系或二元溶剂体系相比，三元溶剂体系有利于缓解钙钛矿薄膜的结晶速度，基于该体系制得的DJ型准二维钙钛矿薄膜，具有结晶度更高、晶体取向垂直于衬底以及梯度相分布的特点，使得钙钛矿薄膜具有较高的光电转换效率。

技术领域

本发明属于光电薄膜制备和太阳电池技术领域，具体涉及一种基于三元溶剂制备Dion-Jacobson型准二维钙钛矿薄膜的方法。

背景技术

近年来，钙钛矿太阳电池发展迅速，最高效率已经达到25.5％。但是当前高效率的三维(3D)钙钛矿材料不稳定，易与空气中水和氧发生降解反应，且光照和加热会进一步加速钙钛矿材料的分解。目前，钙钛矿稳定性已成为阻碍钙钛矿太阳电池产业化应用的一个主要因素。虽然通过界面修饰和器件封装等方法可以提高钙钛矿太阳电池的稳定性，但并不能从根本上解决3D钙钛矿材料本身结构不稳定性问题。

与三维钙钛矿相比，准二维钙钛矿材料中引入了大量的疏水性有机铵根阳离子，能大幅提升钙钛矿材料和器件的稳定性，是一种极具应用潜力的新型钙钛矿材料。目前发展迅速的准二维钙钛矿主要有Ruddlesden-Popper(RP)型和Dion-Jacobson(DJ)型准二维钙钛矿。RP型准二维钙钛矿引入的是一价大尺寸铵根阳离子，容易在钙钛矿框架层之间形成范德华间隙，不利于电荷传输。而DJ型准二维钙钛矿引入的是二价大尺寸铵根阳离子，具有较短的钙钛矿层间距，因而更有利于电荷传输，其应用前景更为广阔。

但是，无论是RP型还是DJ型准二维钙钛矿，由于引入的大尺寸有机阳离子基本是绝缘的，会阻碍光生电荷的传输，从而降低电池的短路电流和光电转换效率。为了降低有机阳离子间隔的阻碍效应，实现光生电荷的有效传输，需要制备定向排列且结晶性高的二维钙钛矿薄膜。由于RP型准二维钙钛矿发展比较早，已开发出多种可控制备晶体薄膜的方法。相比之下，有效调控DJ型钙钛矿的晶体取向、结晶性和相分布的方法还比较少。

发明内容

针对DJ型准二维钙钛矿薄膜的结晶性差、晶体取向随机以及不同n值钙钛矿随机分布的问题，本发明的目的在于提供一种可控制备DJ型准二维钙钛矿薄膜的方法。本发明通过在常用的二元溶剂中加入第三种溶剂，配置钙钛矿前驱体溶液，实现结晶动力学调控，最终获得结晶性高、垂直于衬底排列的晶体取向和具有梯度相分布的准二维钙钛矿薄膜。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种基于三元溶剂制备Dion-Jacobson型准二维钙钛矿薄膜的方法，包括以下步骤：

(1)将基础溶剂加入到钙钛矿前驱体材料和添加剂中，再加入第三种溶剂，得到Dion-Jacobson型准二维钙钛矿前驱体溶液；所述基础溶剂为N，N-二甲基酰胺(DMF)和二甲基亚砜(DMSO)，第三种溶剂为具有高沸点、低饱和蒸气压的溶剂；所述N，N-二甲基酰胺，二甲基亚砜和第三种具有高沸点、低饱和蒸气压的溶剂体积比为10∶1∶0.1-1；

(2)使用液相沉积法将步骤(1)所述Dion-Jacobson型准二维钙钛矿前驱体溶液涂布在基底上，得到前驱体湿膜；

(3)使用溶剂淬灭工艺对步骤(2)所得前驱体湿膜进行处理，得到预结晶的钙钛矿薄膜；

4)将步骤(3)所得预结晶的钙钛矿薄膜进行退火处理，得到充分结晶的钙钛矿薄膜，即Dion-Jacobson型准二维钙钛矿薄膜。

优选的，步骤(1)所述N，N-二甲基酰胺，二甲基亚砜和第三种具有高沸点、低饱和蒸气压的溶剂体积比为10∶1∶0.5。