CN105932164A - 硫处理提高钙钛矿膜稳定性的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种硫处理提高钙钛矿膜稳定性的方法，通过采用含硫无机盐处理钙钛矿薄膜，在钙钛矿薄膜表面生成保护层提高薄膜的稳定性。具体包括如下步骤：将含硫离子溶液在一定的条件下涂覆到铅卤钙钛矿薄膜上，随后退火即可得到硫化铅包覆的钙钛矿薄膜。该方法可以显著提高钙钛矿薄膜的耐湿度稳定性，对其实际应用有重要意义。

Description

硫处理提高钙钛矿膜稳定性的方法
技术领域
本发明涉及提高有机无机杂化钙钛矿材料稳定性的方法，具体涉及一种硫处理提高钙钛矿膜稳定性的方法。
背景技术
近年来，低成本高效率的钙钛矿太阳电池成为可再生能源领域的研究热点，但是作为太阳能电池核心的有机无机杂化材料存在对水汽等较为敏感，稳定性差等问题，极大限制了其大规模应用(姚鑫，丁艳丽，张晓丹等.钙钛矿太阳电池综述[J].物理学报，2015,(03):145-152.)。因此探索提高有机无机杂化钙钛矿材料稳定性的方法非常具有现实意义。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种硫处理提高钙钛矿膜稳定性的方法，通过硫处理在保持钙钛矿本身性能的同时提高钙钛矿膜的耐湿度稳定性。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明提供了一种硫处理提高钙钛矿膜稳定性的方法，通过采用含硫无机盐处理钙钛矿薄膜，在钙钛矿薄膜表面生成保护层提高薄膜的稳定性。
优选地，所述采用含硫无机盐处理钙钛矿薄膜的步骤包括：
A1、含硫无机盐溶解在异丙醇溶液中，得溶液A；
A2、将溶液A涂覆到钙钛矿薄膜上，涂覆后退火，即得到硫保护的钙钛矿薄膜。
优选地，步骤A1中，所述含硫无机盐中的硫离子为S-2，包括Na2S、(NH4)2S中的至少一种。
优选地，步骤A1中，所述溶液A中的含硫无机盐摩尔浓度为0.14～0.2M。所述溶液A中含硫无机盐摩尔浓度低于0.14M，不能显著提高钙钛矿材料的稳定性；高于0.2M，会影响钙钛矿材料的结晶性。
优选地，步骤A2中，所述钙钛矿薄膜为铅卤钙钛矿薄膜，化学式为CH3NH3PbX3，其中X为I、Br中的一种或两种混合。
优选地，步骤A2中，所述涂覆手段为旋涂、喷雾、提拉、浸渍中的一种或多种组合。
优选地，步骤A2中，所述旋涂的转速为3000～4000rpm、旋涂时间20～25s。
优选地，步骤A2中，所述退火包括采用90～100度退火5～8分钟。
本发明通过硫处理后得到的钙钛矿薄膜致密，表面平整。其原理在于：硫离子能与钙钛矿薄膜表层的铅快速反应生成硫化铅保护层，从而提高钙钛矿薄膜的稳定性。采用此种处理方法得到的钙钛矿薄膜基片保持了原有的钙钛矿晶型，同时大幅度提高了薄膜的稳定性。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明使用到的硫化钠与硫化胺都是工业上常用原料，廉价易得。
2、本发明操作便捷，反应快速，可以满足规模化工业生产的需求。
3、本发明处理后的钙钛矿稳定性相比未处理前有大幅提高，且保持了钙钛矿薄膜本身的性能。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为实施例1所得材料的XRD图；
图2为实施例1所得材料的实施例1所得材料的扫描电镜照片；
图3为实施例1所得材料的紫外可见分光光谱图；
图4为对比例1所得材料的XRD图；
图5为实施例2所得材料与未经硫处理材料的荧光性对比图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
以下实施例中，仅以制备gyroid结构的周期性Au纳米材料为例对本发明的技术方案进行详细说明，但本领域技术人员在本发明的教导下，能够根据本领域常识将其应用到其它的双连续内联通结构系统和其他的贵金属材料，因此下述实施例不能限制本发明的保护范围。
实施例1
本实施例涉及将Na2S溶于异丙醇中，进而通过旋涂处理钙钛矿薄膜来得到硫处理钙钛矿薄膜的方法，所述方法包括如下步骤：
1)将0.0109g Na2S溶解于1mL异丙醇中得到溶液A；
上述Na2S的摩尔浓度为0.2M。
2)将步骤1)所得到的溶液A在4000rpm、时间20s条件下旋涂到CH3NH3PbI3钙钛矿薄膜基片随后在100度热台上退火5分钟。
图1为实施例1的X射线衍射图谱，从中可以得出实施例1得到的硫处理钙钛矿膜晶型仍为钙钛矿，且结晶性良好；图2为实施例1的扫描电镜照片，照片表明，硫处理后钙钛矿薄膜表面致密。图3为实施例1所得薄膜放置在60％湿度下15天后薄膜的紫外可见光分光光谱图，其中：线A为放置前的广谱曲线，线B为放置15天后的广谱曲线。从中可以看出实施例1得到的钙钛矿薄膜稳定性有了显著提高，在60％湿度下放置15后吸收仅有轻微下降。
对比例1
本对比例方法同实施例1，区别在于未用硫处理，所得的钙钛矿薄膜(见图4的XRD图)放置在60％湿度下15天后已经完全分解为碘化铅。
实施例2
本实施例涉及将(NH4)2S溶液加入到异丙醇中，进而通过旋涂处理钙钛矿薄膜来得到硫处理钙钛矿薄膜的方法，所述方法包括如下步骤：
1)将0.047mL(NH4)2S溶液(浓度2.93M)溶解于1mL异丙醇中得到溶液A；
上述溶液A中(NH4)2S的摩尔浓度为0.14M。
2)将步骤1)所得到的溶液A在4000rpm、时间20s条件下旋涂到CH3NH3PbB钙钛矿薄膜基片随后在100度热台上退火5分钟。
本实施案例得到的薄膜放置在60％湿度下15天后薄膜的荧光性能对比，硫处理后薄膜荧光性能远强于对比例1的未经硫处理的样品(图5)。说明经硫处理后的钙钛矿薄膜稳定性显著提高。
实施例3
本实施例涉及将(NH4)2S溶液加入到异丙醇中，进而通过旋涂处理钙钛矿薄膜来得到硫处理钙钛矿薄膜的方法，所述方法包括如下步骤：
1)将0.047mL(NH4)2S溶液(浓度2.93M)溶解于1mL异丙醇中得到溶液A；
上述溶液A中(NH4)2S的摩尔浓度为0.18M。
2)将步骤1)所得到的溶液A在3000rpm、时间30s条件下旋涂到CH3NH3PbB钙钛矿薄膜基片随后在90度热台上退火10分钟。
本实施案例得到的薄膜放置在60％湿度下15天后薄膜的荧光性能与实施例1一致，制备的钙钛矿薄膜稳定性高。
综上所述，本发明采用含硫无机盐处理钙钛矿薄膜，使钙钛矿稳定性相比未处理前有大幅提高，且保持了钙钛矿薄膜本身的性能。且本发明操作便捷，反应快速，可以满足规模化工业生产的需求。
本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式。应当指出，以上实施例仅用于说明本发明，而并不用于限制本发明的保护范围。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种硫处理提高钙钛矿膜稳定性的方法，其特征在于，通过采用含硫无机盐处理钙钛矿薄膜，在钙钛矿薄膜表面生成保护层提高薄膜的稳定性。
2.根据权利要求1所述硫处理提高钙钛矿膜稳定性的方法，其特征在于，所述采用含硫无机盐处理钙钛矿薄膜的步骤包括：
A1、含硫无机盐溶解在异丙醇溶液中，得溶液A；
A2、将溶液A涂覆到钙钛矿薄膜上，涂覆后退火，即得到硫保护的钙钛矿薄膜。
3.根据权利要求2所述硫处理提高钙钛矿膜稳定性的方法，其特征在于，步骤A1中，所述含硫无机盐包括Na2S、(NH4)2S中的至少一种。
4.根据权利要求2所述硫处理提高钙钛矿膜稳定性的方法，其特征在于，步骤A1中，所述溶液A中的含硫无机盐摩尔浓度为0.14～0.2M。
5.根据权利要求1或2所述硫处理提高钙钛矿膜稳定性的方法，其特征在于，所述钙钛矿薄膜为铅卤钙钛矿薄膜，化学式为CH3NH3PbX3，其中X为I或Br中的一种或两种混合。
6.根据权利要求2所述硫处理提高钙钛矿膜稳定性的方法，其特征在于，步骤A2中，所述涂覆处理为旋涂、喷雾、提拉、浸渍中的一种或多种组合。
7.根据权利要求6所述硫处理提高钙钛矿膜稳定性的方法，其特征在于，步骤A2中，所述旋涂的转速为3000～4000rpm、旋涂时间20～25s。
8.根据权利要求2所述硫处理提高钙钛矿膜稳定性的方法，其特征在于，步骤A2中，所述退火包括采用90～100度退火5～8分钟。
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