CN107768528B - 氟代醇溶剂在制备钙钛矿光电器件中的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开氟代醇溶剂在制备钙钛矿光电器件中的应用，所述氟代醇溶剂作为含氮氮二甲基、吡啶单元以及胺基基团等有机分子的溶剂，配制成有机分子溶液在制备钙钛矿光电器件的空穴传输层和/或电子传输层中的应用。与现有技术相比，本发明所述氟代醇溶剂用于加工制备钙钛矿光电器件具有以下优点：所述氟代醇溶剂是低毒溶剂；所述氟代醇溶剂能够有效地溶解电子和空穴传输材料，其作为溶剂加工电子和空穴传输材料在钙钛矿薄膜表面成膜时不会破坏钙钛矿的晶体结构。

Description

氟代醇溶剂在制备钙钛矿光电器件中的应用
技术领域
本发明涉及钙钛矿光电器件领域，尤其涉及氟代醇溶剂在制备钙钛矿光电器件中的应用。
背景技术
目前，制备电子和空穴传输层时一般采用氯苯、邻二氯苯、氯仿等卤代溶剂进行加工，采用这些溶剂制备电子和空穴传输层时一个优势在于能有效地成膜，且在钙钛矿薄膜表面进行成膜时不会侵蚀钙钛矿薄膜从而避免钙钛矿结构的分解，但采用这些溶剂制备电子和空穴传输层时同时存在以下几个问题：
（1）、氯苯、邻二氯苯、氯仿等卤代溶剂是高毒溶剂，容易诱发溶剂中毒，通常需要在手套箱中进行相关的操作，防止溶剂泄露；
（2）、氯苯、邻二氯苯、氯仿等卤代溶剂不能有效地溶解如含氮氮二甲基、吡啶单元以及胺基基团等有机分子，从而限制了采用溶液法加工这些有机分子。
以上两个因素限制了氯苯、邻二氯苯、氯仿等卤代溶剂在钙钛矿光电器件上的应用。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供氟代醇溶剂在制备钙钛矿光电器件中的应用，旨在解决现有制备电子和空穴传输层的溶剂要么存在侵蚀钙钛矿薄膜的问题，要么存在高毒性及不能有效溶解有机分子的问题。
氟代醇溶剂在制备钙钛矿光电器件中的应用。
所述的应用，其中，所述氟代醇溶剂作为有机分子的溶剂，配制成有机分子溶液在制备钙钛矿光电器件的空穴传输层和/或电子传输层中的应用。
所述的应用，其中，所述有机分子为含氮氮二甲基、吡啶单元以及胺基基团中的一种或多种。
所述的应用，其中，所述氟代醇溶剂含有CF3基团。
所述的应用，其中，所述氟代醇溶剂为1,1,1-三氟异丙醇、三氟乙醇、六氟异丙醇中的一种或多种。
所述的应用，其中，所述钙钛矿光电器件包括依次设置的阳极、空穴传输层、钙钛矿层、电子传输层及阴极。
所述的应用，其中，所述钙钛矿光电器件还包括设置于所述阳极与所述空穴传输层之间的阳极修饰层。
所述的应用，其中，所述钙钛矿光电器件还包括设置于所述阴极与所述电子传输层之间的阴极修饰层。
所述的应用，其中，所述钙钛矿层的晶体结构为ABX3，A2BX4，A3B2X7，A2BX6中的一种或多种；其中A为有机阳离子，B为金属阳离子，X为卤族阴离子。
有益效果：与现有溶剂相比，本发明采用氟代醇溶剂制备钙钛矿光电器件具有以下优点：
（1）、所述氟代醇溶剂是低毒溶剂；
（2）、所述氟代醇溶剂能够有效地溶解电子和空穴传输材料，其作为所述电子和空穴传输材料的溶剂，在钙钛矿薄膜表面成膜时不会侵蚀钙钛矿薄膜从而避免钙钛矿结构的破坏。
附图说明
图1为本发明提供的正装结构的钙钛矿光电器件具体实施例的结构示意图。
图2为本发明提供的倒装结构的钙钛矿光电器件具体实施例的结构示意图。
图3为本发明实施例1中PDIN的结构式。
图4为本发明实施例1和对照例1中钙钛矿薄膜的XRD图。
具体实施方式
本发明提供氟代醇溶剂在制备钙钛矿光电器件中的应用，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供氟代醇溶剂在制备钙钛矿光电器件中的应用。
进一步地，本发明所述氟代醇溶剂作为有机分子的溶剂，配制成有机分子溶液在制备钙钛矿光电器件的空穴传输层和/或电子传输层中的应用。换句话说，所述氟代醇溶剂可以溶解含氮氮二甲基、吡啶单元以及胺基基团等有机分子，配制成有机分子溶液用于制备钙钛矿光电器件的空穴传输层和/或电子传输层。
本发明主要改进之处在于，采用氟代醇溶剂取代卤代溶剂，用于制备钙钛矿光电器件。与现有卤代溶剂相比，本发明采用氟代醇溶剂制备钙钛矿光电器件具有以下优点：
（1）、所述氟代醇溶剂是低毒溶剂；
（2）、所述氟代醇溶剂能够有效地溶解电子和空穴传输材料，其作为所述电子和空穴传输材料的溶剂，在钙钛矿薄膜表面成膜时不会侵蚀钙钛矿薄膜从而避免钙钛矿结构的破坏。
具体地，所述氟代醇溶剂含有CF3基团。作为举例，所述氟代醇溶剂可以为1,1,1-三氟异丙醇、三氟乙醇、六氟异丙醇等中的一种或多种。本发明采用该类氟代醇溶剂用于溶解含氮氮二甲基，吡啶单元以及胺基基团等有机分子，用于加工制备电子传输层和/或空穴传输层。
具体地，本发明所述钙钛矿光电器件包括依次设置的阳极、空穴传输层、钙钛矿层、电子传输层及阴极。
根据所述钙钛矿光电器件发光类型的不同，所述钙钛矿光电器件可以分为正装结构的钙钛矿光电器件和倒装结构的钙钛矿光电器件。
作为一个具体实施例，当所述钙钛矿光电器件为正装结构的钙钛矿光电器件时，所述钙钛矿光电器件包括从下往上依次叠层设置的含有阳极的基板、空穴传输层、钙钛矿层、电子传输层和阴极。本发明采用氟代醇溶剂替代现有常规卤代溶剂制备所述空穴传输层和/或电子传输层。
作为另一个具体实施例，当所述钙钛矿光电器件为倒装结构的钙钛矿光电器件时，所述钙钛矿光电器件包括从下往上依次叠层设置的含有阴极的基板、电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层和阳极。本发明采用氟代醇溶剂替代现有常规卤代溶剂制备所述空穴传输层和/或电子传输层。
优选地，本发明所述钙钛矿光电器件还可以包括设置于所述阳极与所述空穴传输层之间的阳极修饰层。
优选地，本发明所述钙钛矿光电器件还可以包括设置于所述阴极与所述电子传输层之间的阴极修饰层。
优选地，本发明所述钙钛矿层的晶体结构可以为ABX3，A2BX4，A3B2X7，A2BX6中的一种或多种；其中A为有机阳离子，如CH3NH3 +，NH2CH=NH2 +等；B为金属阳离子，如Pb2+，Sn2+等；X为卤族阴离子，I-，Cl-，Br-。
作为一个优选具体实施例，如图1所示，正装结构的钙钛矿光电器件件包括从下往上依次叠层设置的含有阳极的基板1、空穴传输层2、钙钛矿层3、电子传输层4、阴极界面修饰层5和阴极6。本发明采用氟代醇溶剂替代现有常规卤代溶剂制备所述空穴传输层2和/或电子传输层4。
作为另一个优选具体实施例，如图2所示，倒装结构的钙钛矿光电器件包括从下往上依次叠层设置的含有阴极的基板7、电子传输层8、钙钛矿层9、空穴传输层10、阳极修饰层11和阳极12。本发明采用氟代醇溶剂替代现有常规卤代溶剂制备所述空穴传输层10和/或电子传输层8。
下面通过实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
ITO导电玻璃/20nm厚的PTAA致密层/300nm厚的(FAPbI3)0.1(MAPbI3)0.8(MAPbCl3)0.1/30nm 厚的PDIN 层(所述PDIN层为电子传输层，所述PDIN的结构式如图3所示，其采用三氟乙醇作为溶剂)/ 90 nm 厚的Ag，有效面积为0.045 cm2，钙钛矿光电器件的性能如表1所示。测试条件：AM1.5G，100 mw/cm2，Newport，Oriel太阳模拟器，I-V曲线采用Keithly2400型数字源表进行测量，所有测试均在氮气环境下进行测试。
表1、钙钛矿光电器件的性能（J sc 代表电流密度；V oc 代表电压；FF代表填充因子；PCE代表太阳能量转换效率）
对照例1
与上述实施例1相同，除PDIN采用异丙醇作为溶剂之外。
图4为采用甲醇、三氟乙醇、异丙醇洗后和未采用溶剂洗的钙钛矿薄膜的XRD图。从图4中可以看出，采用三氟乙醇和异丙醇溶剂洗钙钛矿薄膜后的XRD衍射峰的位置没有产生变化，如典型晶面（110）和（220）未发生改变，说明采用三氟乙醇和异丙醇溶剂洗钙钛矿薄膜的晶体结构未发生改变，而采用甲醇洗钙钛矿薄膜后，钙钛矿薄膜的XRD衍射峰的位置发生改变，产生了PbI2晶体的XRD的衍射峰，说明采用甲醇溶剂会破坏钙钛矿薄膜的晶体结构，不适合用作PDIN的溶剂。虽然异丙醇溶剂不会破坏钙钛矿的晶体结构，但异丙醇不能溶解PDIN，因此不能用作PDIN的溶剂。而采用三氟乙醇作为PDIN的溶剂能很好的解决PDIN溶解性的问题，同时不破坏钙钛矿薄膜的晶体结构。
综上所述，本发明提供的氟代醇溶剂在制备钙钛矿光电器件中的应用，所述氟代醇溶剂作为含氮氮二甲基、吡啶单元以及胺基基团等有机分子的溶剂，配制成有机分子溶液在制备钙钛矿光电器件的空穴传输层和/或电子传输层中的应用。与现有卤代溶剂相比，本发明采用氟代醇溶剂制备钙钛矿光电器件具有以下优点：（1）、所述氟代醇溶剂是低毒溶剂；（2）、所述氟代醇溶剂能够有效地溶解电子和空穴传输材料，其作为所述电子和空穴传输材料的溶剂，在钙钛矿薄膜表面成膜时可以避免破坏钙钛矿的晶体结构。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (5)

1.氟代醇溶剂在制备钙钛矿光电器件中的应用；
所述氟代醇溶剂作为有机分子的溶剂，配制成有机分子溶液在制备钙钛矿光电器件的空穴传输层和/或电子传输层中的应用；
所述有机分子为含氮氮二甲基、吡啶单元以及胺基基团中的一种或多种;所述钙钛矿光电器件包括依次设置的阳极、空穴传输层、钙钛矿层、电子传输层及阴极;
所述钙钛矿层的晶体结构为ABX3，A2BX4，A3B2X7，A2BX6中的一种或多种；其中A为CH3NH3 +或NH2CH=NH2 +，B为Pb2+或Sn2+，X为I-、CL-或Br-。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述氟代醇溶剂含有CF3基团。
3.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，所述氟代醇溶剂为1,1,1-三氟异丙醇、三氟乙醇、六氟异丙醇中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述钙钛矿光电器件还包括设置于所述阳极与所述空穴传输层之间的阳极修饰层。
5.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述钙钛矿光电器件还包括设置于所述阴极与所述电子传输层之间的阴极修饰层。
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