[发明专利]一种钙钛矿双层异质结及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种钙钛矿双层异质结及其制备方法和应用，包括：钙钛矿薄膜和钙钛矿衬底；使用溶剂溶解第一钙钛矿，制备钙钛矿溶液；通过气相沉积或气相辅助沉积的方法，将第二钙钛矿制备成钙钛矿衬底；将钙钛矿溶液通过溶液法沉积在第二钙钛矿衬底上，形成钙钛矿薄膜后，制备成钙钛矿双层异质结；钙钛矿薄膜由以范德华键为主要化学构成的由相比较第二钙钛矿包含范德华键至少1.2倍的第一钙钛矿制备而成；钙钛矿衬底由以离子键和/或共价键为主要化学构成的第二钙钛矿制备而成；钙钛矿双层异质结用于制备太阳能电池、光电探测器、发光二极管、发光三极管等，本发明提到的双层异质结提高了光电器件的性能，以及降低了钙钛矿双层异质结的制备成本。

技术领域

本发明涉及光伏器件技术领域，具体而言，涉及一种钙钛矿双层异质结及其制备方法和应用。

背景技术

钙钛矿作为一种新兴的半导体材料，在可见光波段具有吸收系数高、缺陷密度低、载流子扩散距离长，荧光量子产率高，激子束缚能低等优势，是理想的光电器件如太阳能电池、发光二极管、光电探测器等的制备材料，因而引起了科研人员的广泛关注。近年来，有机无机杂化钙钛矿太阳电池因其卓越的光电性能受到广泛关注，利用钙钛矿材料制备的光电器件的光电转换效率从2009年报道的3.8％到如今的最高25.2％。应用在发光二极管领域内，基于钙钛矿材料的红光、绿光的LED器件的外量子效率也已经突破20％，钙钛矿蓝光LED的器件性能也在不断地改善；基于钙钛矿材料的宽光谱、红外、紫外等探测器件也被众多研究者关注。在钙钛矿发展的过程中，异质结的设计和制备能够通过能级匹配改善载流子的输运、增加光学吸收范围、提升器件的稳定性等，因此制备钙钛矿异质结是该领域中热点和重要的研究方向。

钙钛矿异质结最常见的是钙钛矿-硅异质结、钙钛矿-有机材料异质结、钙钛矿-钙钛矿异质结，其中钙钛矿-钙钛矿异质结主要通过蒸镀法制备，而相较于蒸镀法，溶液法不需要高耗能设备，工艺流程也更加简单，但是由于钙钛矿-钙钛矿异质结的上下薄膜都为钙钛矿材料体系，使用常规的钙钛矿材料、溶剂或溶液法进行制备会直接破坏溶解下层的钙钛矿，无法得到异质结。

因此，急需一种钙钛矿双层异质结及其制备方法，能够选择合适的溶剂和钙钛矿材料，在溶液法窗口时间作用后不会破坏溶解下层的钙钛矿，能够通过溶液法制备不同钙钛矿材料种类和厚度的双层异质结，降低钙钛矿双层异质结的制备成本。

发明内容

为了解决上述问题，本申请提供了一种钙钛矿双层异质结，其特征在于，包括：

位于上层的钙钛矿薄膜和位于下层的钙钛矿衬底；

钙钛矿薄膜由第一钙钛矿制备而成；

钙钛矿衬底由第二钙钛矿制备而成；

第一钙钛矿的范德华键对于其所在的钙钛矿中Pb、Sn或Pb和Sn混合的金属元素阳离子的比例，是第二钙钛矿的至少1.2倍。

优选地，第二钙钛矿可以不包括范德华键。

优选地，第一钙钛矿为具有Ruddlesden–Popper结构的二维钙钛矿材料，或者空间分隔层阳离子可调结构的二维钙钛矿材料，或者两者按照一定比例的混合物。

优选地，第二钙钛矿为三维钙钛矿材料，或者具有Dion-Jacobson结构的二维钙钛矿材料，或者两者按照一定比例的混合物；

第二钙钛矿还包括混合少量Ruddlesden–Popper结构的二维钙钛矿材料，或具有Ruddlesden–Popper结构的二维钙钛矿材料，或者空间分隔层阳离子可调结构的二维钙钛矿材料。

本发明还公开了一种钙钛矿双层异质结的制备方法，其特征在于，用于制备钙钛矿双层异质结的制备方法，包括以下步骤：

使用溶剂溶解第一钙钛矿，制备钙钛矿溶液，其中，钙钛矿溶液的浓度与钙钛矿薄膜的厚度正相关；