CN108630825A - 一种高稳定性钙钛矿材料以及方法和器件 - Google Patents
一种高稳定性钙钛矿材料以及方法和器件 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108630825A CN108630825A CN201710177751.4A CN201710177751A CN108630825A CN 108630825 A CN108630825 A CN 108630825A CN 201710177751 A CN201710177751 A CN 201710177751A CN 108630825 A CN108630825 A CN 108630825A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- perovskite material
- perovskite
- carbon atoms
- substitution
- carbon
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 39
- 238000000034 method Methods 0.000 title abstract description 5
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims abstract description 22
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 claims abstract description 15
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 claims abstract description 14
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 14
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims abstract description 13
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 claims abstract description 12
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O Ammonium Chemical compound [NH4+] QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O 0.000 claims abstract description 10
- 125000000623 heterocyclic group Chemical group 0.000 claims abstract description 10
- 150000002892 organic cations Chemical class 0.000 claims abstract description 10
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 125000005210 alkyl ammonium group Chemical group 0.000 claims abstract description 5
- 150000001409 amidines Chemical group 0.000 claims abstract description 5
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 claims abstract description 5
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims abstract description 5
- 125000001453 quaternary ammonium group Chemical group 0.000 claims abstract description 5
- 125000001424 substituent group Chemical group 0.000 claims abstract description 5
- 150000003512 tertiary amines Chemical group 0.000 claims abstract description 5
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 claims abstract 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 28
- JTCFNJXQEFODHE-UHFFFAOYSA-N [Ca].[Ti] Chemical compound [Ca].[Ti] JTCFNJXQEFODHE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- -1 Ge2+ Chemical compound 0.000 claims description 9
- 230000027756 respiratory electron transport chain Effects 0.000 claims description 8
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 7
- 229910052794 bromium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000013517 stratification Methods 0.000 claims description 2
- 239000006193 liquid solution Substances 0.000 claims 1
- 150000001721 carbon Chemical group 0.000 abstract 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 38
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 20
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 18
- 239000010408 film Substances 0.000 description 17
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 17
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- MCEWYIDBDVPMES-UHFFFAOYSA-N [60]pcbm Chemical compound C123C(C4=C5C6=C7C8=C9C%10=C%11C%12=C%13C%14=C%15C%16=C%17C%18=C(C=%19C=%20C%18=C%18C%16=C%13C%13=C%11C9=C9C7=C(C=%20C9=C%13%18)C(C7=%19)=C96)C6=C%11C%17=C%15C%13=C%15C%14=C%12C%12=C%10C%10=C85)=C9C7=C6C2=C%11C%13=C2C%15=C%12C%10=C4C23C1(CCCC(=O)OC)C1=CC=CC=C1 MCEWYIDBDVPMES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 8
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 8
- XMBWDFGMSWQBCA-UHFFFAOYSA-N hydrogen iodide Chemical compound I XMBWDFGMSWQBCA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 8
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 8
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 8
- RAJISUUPOAJLEQ-UHFFFAOYSA-N chloromethanamine Chemical compound NCCl RAJISUUPOAJLEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 7
- 229920000144 PEDOT:PSS Polymers 0.000 description 6
- 239000002346 layers by function Substances 0.000 description 6
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 5
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 4
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 4
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 4
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 4
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 4
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 4
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229920001609 Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) Polymers 0.000 description 3
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 3
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 3
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 3
- 229910015711 MoOx Inorganic materials 0.000 description 2
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 2
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 229910052740 iodine Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000010422 painting Methods 0.000 description 2
- 238000010408 sweeping Methods 0.000 description 2
- ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 7553-56-2 Chemical compound [I] ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RJLOQUWITZBJMZ-UHFFFAOYSA-N [I].CN.FC=1C(=C(C=CC1)F)F Chemical compound [I].CN.FC=1C(=C(C=CC1)F)F RJLOQUWITZBJMZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 239000011630 iodine Substances 0.000 description 1
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
- H10K85/30—Coordination compounds
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K71/00—Manufacture or treatment specially adapted for the organic devices covered by this subclass
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K71/00—Manufacture or treatment specially adapted for the organic devices covered by this subclass
- H10K71/10—Deposition of organic active material
- H10K71/12—Deposition of organic active material using liquid deposition, e.g. spin coating
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/549—Organic PV cells
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
本发明公开了一种高稳定性钙钛矿材料以及方法和器件，所述钙钛矿材料的前驱体溶液通过AX、BX和MX2按摩尔比1～100:1～100:1～100、质量浓度1％～60％配制得到；其中A+是带有卤素取代基的有机阳离子，A+结构式为R(X)n‑Y+，R为具有1～50个碳原子的脂族烃基、具有5～100个碳原子的脂环族烃基、具有6～100个碳原子的任取代的芳基或具有3～100个碳原子的任取代的杂环基，X是取代R中任意碳上连接的氢的卤素，n＝1～300，Y+为伯铵、仲铵、叔铵、季铵、脒、含N杂环有机阳离子中的任意一种；B+为金属阳离子或烷基铵盐；M2+为二价金属阳离子；X为卤族元素。通过在钙钛矿材料中引入碳上含卤素取代的有机组分，形成稳定的维度可调的钙钛矿材料，在保证器件效率的前提下，器件稳定性得到显著提高。
Description
技术领域
本发明涉及光电技术领域，尤其涉及的是一种高稳定性钙钛矿材料以及方法和器件。
背景技术
有机-无机杂化钙钛矿具有可溶液加工、缺陷密度低、载流子传输性能好，光谱吸收宽和载流子扩散距离长等特性，是太阳能电池的理想选择。同时作为低缺陷密度的直接带隙半导体材料，钙钛矿薄膜还具有优异的发光特性，并且发光波长可调，因此在发光二极管和激光等光电器件中也得到广泛的应用。但是材料本身的稳定性严重影响了其进一步的商业化大规模应用。
基于传统的三维钙钛矿材料制备的太阳能电池目前能量转化效率已达22.1％(http://www.nrel.gov/ncpv/images/efficiency_chart.jpg)，但是其工作条件是在惰性无水常温环境下，无法满足商业化需求。二维层状钙钛矿材料结晶性好、稳定性高，但是由于激子束缚能大，器件的效率远低于三维钙钛矿材料。近日美国的Mohite课题组采用准二维材料制备的钙钛矿太阳能电池稳定性得到明显提高，并且报道了目前基于准二维材料的最高器件效率(12.5％，High-efficiency two-dimensional Ruddlesden–Popperperovskite solar cells，Nature 536,312–316，2016)，但是其钙钛矿薄膜在高湿、高温条件下的稳定性还不是很理想，因此需要开发一种高湿、高温条件下稳定的钙钛矿材料来制备高性能器件。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足提供一种高稳定性钙钛矿材料以及方法和器件。
本发明的技术方案如下：
一种高稳定性的钙钛矿材料，所述钙钛矿材料的前驱体溶液通过AX、BX和MX2按摩尔比1～100:1～100:1～100、质量浓度1％～60％配制得到；
其中A+是带有卤素取代基的有机阳离子，A+结构式为R(X)n-Y+，R为具有1～50个碳原子的脂族烃基、具有5～100个碳原子的脂环族烃基、具有6～100个碳原子的任取代的芳基或具有3～100个碳原子的任取代的杂环基，X是取代R中任意碳上连接的氢的卤素，n＝1～300，Y+为伯铵、仲铵、叔铵、季铵、脒、含N杂环有机阳离子中的任意一种；
B+为金属阳离子或烷基铵盐；
M2+为二价金属阳离子；
X为卤族元素。
所述的钙钛矿材料，X为卤素，为F、Cl、Br、I中的任意一种或组合。
所述的钙钛矿材料，B+包括Cs+，K+，Rb+，CH3NH3 +，NH2CHNH2 +。
所述的钙钛矿材料，M2+包括Cu2+，Ni2+，Co2+，Fe2+，Mn2+，Cr2+，Pd2+，Cd2+，Ge2+，Sn2+，Pb2 +，Eu2+，Yb2+。
任一所述钙钛矿材料的制备方法，所述钙钛矿材料的前驱体溶液通过AX、BX和MX2按摩尔比1～100:1～100:1～100、质量浓度1％～60％配制得到；
其中A+是带有卤素取代基的有机阳离子，A+结构式为R(X)n-Y+，R为具有1～50个碳原子的脂族烃基、具有5～100个碳原子的脂环族烃基、具有6～100个碳原子的任取代的芳基或具有3～100个碳原子的任取代的杂环基，X是取代R中任意碳上连接的氢的卤素，n＝1～300，Y+为伯铵、仲铵、叔铵、季铵、脒、含N杂环有机阳离子中的任意一种；
B+为金属阳离子或烷基铵盐；
M2+为二价金属阳离子；
X为卤族元素。
根据任一所述钙钛矿材料的钙钛矿光电器件，所述器件结构包括衬底、电极层和所述钙钛矿材料制备的钙钛矿层，以及电子传输层和空穴传输层，其中，所述电极层置于衬底表面，功能层置在电极层之间。
传统的三维钙钛矿材料虽然在器件效率上表现很出色，但是容易发生分解，稳定性受到温度、湿度等多种环境因素的制约。而二维层状钙钛矿材料虽然稳定，但是其激子束缚能大，制备的器件效率低。本发明通过在钙钛矿材料中引入碳上含卤素取代的有机组分，形成稳定的维度可调的钙钛矿材料，在保证器件效率的前提下，器件稳定性得到显著提高。
附图说明
图1是本发明所提供的钙钛矿型器件的结构示意图；
图2是本发明所提供的对比例1的钙钛矿太阳能电池的电流密度-电压曲线；
图3是本发明所提供的实施例1的钙钛矿太阳能电池的电流密度-电压曲线；
图4是本发明所提供的实施例2的钙钛矿太阳能电池的电流密度-电压曲线；
图5是本发明所提供的实施例3的钙钛矿太阳能电池效率-时间图；
图6是本发明所提供的实施例4的钙钛矿薄膜的X射线衍射谱图；
图7是本发明所提供的实施例5的钙钛矿薄膜的X射线衍射谱图；
图8是本发明所提供的实施例6的钙钛矿薄膜的X射线衍射谱图；
图9是本发明所提供的实施例7的钙钛矿薄膜的X射线衍射谱图；
图10是本发明所提供的实施例8的钙钛矿发光器件的电压-发光强度关系曲线；
图11是本发明所提供的实施例8的钙钛矿发光器件的发光光谱；
图12是本发明所提供的实施例8的钙钛矿发光器件的外量子效率-电流密度关系曲线；
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。
本发明的技术方案是提供一种性能稳定的钙钛矿光电器件，如图1所示，器件从下到上依次包括透明衬底1、电极层2、功能层3、钙钛矿层4、功能层5和电极层6，电极层2位于透明衬底1表面，器件在外加电源7的驱动下工作。
对比例1
衬底为玻璃-ITO组合，空穴传输层为PEDOT:PSS、活性层为钙钛矿层、电子传输层为PCBM、顶电极为Al，整个器件结构描述为：玻璃衬底/ITO/PEDOT:PSS(30nm)/钙钛矿活性层(260nm)/PCBM(30nm)/Al(100nm)。
制备方法如下：
①利用乙醇溶液、丙酮溶液和去离子水对透明导电基片ITO玻璃进行超声清洗，清洗后用干燥氮气吹干。其中玻璃衬底上面的ITO膜作为器件的阳极层，ITO膜的方块电阻为15Ω/□。
②将干燥后的基片移入真空室，在氧气压环境下对ITO玻璃进行氧等离子表面预处理10分钟。
③在处理后的衬底上旋涂PEDOT:PSS，并进行退火处理，然后转移至氮气手套箱中，通过预加热衬底到140℃后旋涂钙钛矿前驱体溶液(苯甲胺碘、氯甲胺、碘化铅的摩尔比2:2:3，质量浓度18％，溶剂DMF)，以转速5000rpm旋涂20s后得到钙钛矿层，PCBM溶液通过旋涂覆盖在活性层上方作为电子传输层。
④在各功能层制备结束后进行金属电极，如Al的制备，气压为6×10-7Torr，蒸镀速率为蒸镀速率及厚度由膜厚仪监控。
⑤将制备的器件在手套箱中进行封装，手套箱为99.9％氮气氛围。
⑥测试器件的电流-电压特性。
图2是器件的伏安特性曲线，所得电池的有效面积为0.03cm2 ,，正扫时光电转换效率为6.0％，短路电流密度为14.3mA/cm2，开路电压为1V，填充因子为0.42，反扫时光电转换效率为7.8％，短路电流密度为14.5mA/cm2，开路电压为1V，填充因子为0.54，器件存在明显的回滞现象。
实施例1
衬底为玻璃-ITO组合，空穴传输层为PEDOT:PSS、活性层为钙钛矿层、电子传输层为PCBM、顶电极为Al，整个器件结构描述为：玻璃衬底/ITO/PEDOT:PSS(30nm)/钙钛矿活性层(260nm)/PCBM(30nm)/Al(100nm)。
制备方法如下：
①利用乙醇溶液、丙酮溶液和去离子水对透明导电基片ITO玻璃进行超声清洗，清洗后用干燥氮气吹干。其中玻璃衬底上面的ITO膜作为器件的阳极层，ITO膜的方块电阻为15Ω/□。
②将干燥后的基片移入真空室，在氧气压环境下对ITO玻璃进行氧等离子表面预处理10分钟。
③在处理后的衬底上旋涂PEDOT:PSS，并进行退火处理，然后转移至氮气手套箱中，通过预加热衬底到140℃后旋涂钙钛矿前驱体溶液(三溴苯甲胺碘、氯甲胺、碘化铅的摩尔比2:2:3，质量浓度18％，溶剂DMF)，以转速5000rpm旋涂20s后得到钙钛矿层，PCBM溶液通过旋涂覆盖在活性层层上方作为电子传输层。
④在各功能层制备结束后进行金属电极，如Al的制备，气压为6×10-7Torr，蒸镀速率为蒸镀速率及厚度由膜厚仪监控。
⑤将制备的器件在手套箱中进行封装，手套箱为99.9％氮气氛围。
⑥测试器件的电流-电压特性。
图3是器件的伏安特性曲线，所得电池的有效面积为0.03cm2 ,，光电转换效率为9.3％，短路电流密度为11.9mA/cm2，开路电压为1.15V，填充因子为0.68，器件的回滞现象很小。
实施例2
衬底为玻璃-ITO组合，空穴传输层为PEDOT:PSS、活性层为钙钛矿层、电子传输层为PCBM、顶电极为Al，整个器件结构描述为：玻璃衬底/ITO/PEDOT:PSS(30nm)/钙钛矿活性层(260nm)/PCBM(30nm)/Al(100nm)。
制备方法如下：
①利用乙醇溶液、丙酮溶液和去离子水对透明导电基片ITO玻璃进行超声清洗，清洗后用干燥氮气吹干。其中玻璃衬底上面的ITO膜作为器件的阳极层，ITO膜的方块电阻为15Ω/□。
②将干燥后的基片移入真空室，在氧气压环境下对ITO玻璃进行氧等离子表面预处理10分钟。
③在处理后的衬底上旋涂PEDOT:PSS，并进行退火处理，然后转移至氮气手套箱中，通过预加热衬底到140℃后旋涂钙钛矿前驱体溶液(三溴苯甲胺碘、氯甲胺、碘化铅的摩尔比1.8:2.5:3，质量浓度20％，溶剂DMF)，以转速5000rpm旋涂20s后得到钙钛矿层，再将薄膜在90℃下退火15分钟，PCBM溶液通过旋涂覆盖在活性层上方作为电子传输层。
④在各功能层制备结束后进行金属电极，如Al的制备，气压为6×10-7Torr，蒸镀速率为蒸镀速率及厚度由膜厚仪监控。
⑤将制备的器件在手套箱中进行封装，手套箱为99.9％氮气氛围。
⑥测试器件的电流-电压特性。
图4是器件的伏安特性曲线，所得电池的有效面积为0.03cm2 ,，光电转换效率为14.2％，短路电流密度为17.1mA/cm2，开路电压为1.15V，填充因子为0.72，器件的回滞现象很小。
实施例3
实施例3与实施例2器件蒸镀的金属电极不同，实施例3电极为Au，其余都相同，将制备得到的器件在未封装条件下，在58～68％相对湿度以及AM1.5太阳光连续照射下，测试器件效率的变化。
图5是器件效率随时间变化的曲线，可见40小时之后，器件仍能保持初始效率的80％。
实施例4
将三溴苯甲胺碘、氯甲胺、碘化铅按照摩尔比1.8:2.5:3，质量浓度18％，溶于DMF溶剂中配成钙钛矿前驱体溶液，在温度为130℃的载玻片上，以转速5000rpm旋涂20s后得到钙钛矿薄膜，并将这个薄膜置于相对湿度95％，80℃的暗态环境中。
图6是钙钛矿薄膜在各个老化时间段的X射线衍射谱，可以看出钙钛矿薄膜的结晶性很好，并且在45小时的高湿、高温的环境下未发生分解，没有出现PbI2的衍射峰。
实施例5
将苯甲胺碘、氯甲胺、碘化铅按照摩尔比1.9:2.5:3，质量浓度27％，溶于DMF溶剂中配成钙钛矿前驱体溶液，在温度为140℃的载玻片上，以转速5000rpm旋涂20s后得到钙钛矿薄膜，并将这个薄膜置于相对湿度95％，85℃的暗态环境中。
图7是钙钛矿薄膜在各个老化时间段的X射线衍射谱，可以看出在48小时的高湿、高温的环境下钙钛矿薄膜的衍射峰强度在降低，并且在7度左右出现了新的衍射峰，表明钙钛矿分解形成了新的物质。
实施例6
将三溴苯甲胺碘、氯甲胺、碘化铅按照摩尔比1.9:2.5:3，质量浓度27％，溶于DMF溶剂中配成钙钛矿前驱体溶液，在温度为140℃的载玻片上，以转速5000rpm旋涂20s后得到钙钛矿薄膜，并将这个薄膜置于相对湿度95％，85℃的暗态环境中。
图8是钙钛矿薄膜在各个老化时间段的X射线衍射谱，可以看出钙钛矿薄膜的结晶性很好，并且在48小时的高湿、高温的环境下峰强并未衰减，没有出现明显PbI2的衍射峰。
实施例7
将三氟苯甲胺碘、氯甲胺、碘化铅按照摩尔比1.9:2.5:3，质量浓度27％，溶于DMF溶剂中配成钙钛矿前驱体溶液，在温度为140℃的载玻片上，以转速5000rpm旋涂20s后得到钙钛矿薄膜，并将这个薄膜置于相对湿度95％，85℃的暗态环境中。
图9是钙钛矿薄膜在各个老化时间段的X射线衍射谱，可以看出钙钛矿薄膜的结晶性很好，并且在48小时的高湿、高温的环境下没有出现明显PbI2的衍射峰。
实施例8
衬底为玻璃-ITO组合，电子传输-空穴阻挡层为ZnO/PEIE、发光层为钙钛矿层、空穴传输-电子阻挡层为TFB、顶电极为MoOx/Au，整个器件结构描述为：玻璃衬底/ITO/ZnO-PEIE(20nm)/钙钛矿层(200nm)/TFB(25nm)/MoOx(7nm)/Au(100nm)。
制备方法如下：
1)利用乙醇溶液、丙酮溶液和去离子水对透明导电基片ITO玻璃进行超声清洗，清洗后用干燥氮气吹干。其中玻璃衬底上面的ITO膜作为器件的阳极层，ITO膜的方块电阻为15Ω/□。
2)将干燥后的基片移入真空室，在氧气压环境下对ITO玻璃进行氧等离子表面预处理10分钟。
3)在处理后的衬底上分别旋涂ZnO和PEIE，并进行退火处理，然后转移至氮气手套箱中，旋涂钙钛矿前驱体溶液，得到钙钛矿活性层，TFB溶液通过旋涂覆盖在发光层上方作为空穴传输层。
4)钙钛矿前驱体溶液的配置：将三溴苯甲胺碘、碘甲脒、碘化铅以摩尔比2:1.4:2，18％质量浓度溶于DMF中。
5)在各功能层制备结束后进行MoOx/Au复合电极的制备，气压为6×10-7Torr，蒸镀速率为0.1nm/s，蒸镀速率及厚度由膜厚仪监控。
6)将制备的器件在手套箱中进行封装，手套箱为99.9％氮气氛围，测试器件的电流-电压-亮度特性，同时测试器件的发光光谱参数。
器件电压-辐射强度关系曲线参见图10，近红外光的钙钛矿型LED外量子效率可以达到7％，参见图11和图12的器件发光光谱以及外量子效率-电流密度关系曲线。
应当理解的是，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，而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 (6)
1.一种高稳定性的钙钛矿材料，其特征在于，所述钙钛矿材料的前驱体溶液通过AX、BX和MX2按摩尔比1～100:1～100:1～100、质量浓度1％～60％配制得到；
其中A+是带有卤素取代基的有机阳离子，A+结构式为R(X)n-Y+，R为具有1～50个碳原子的脂族烃基、具有5～100个碳原子的脂环族烃基、具有6～100个碳原子的任取代的芳基或具有3～100个碳原子的任取代的杂环基，X是取代R中任意碳上连接的氢的卤素，n＝1～300，Y+为伯铵、仲铵、叔铵、季铵、脒、含N杂环有机阳离子中的任意一种；
B+为金属阳离子或烷基铵盐；
M2+为二价金属阳离子；
X为卤族元素。
2.根据权利要求1所述的钙钛矿材料，其特征在于，X为卤素，为F、Cl、Br、I中的任意一种或组合。
3.根据权利要求1所述的钙钛矿材料，其特征在于，B+包括Cs+，K+，Rb+，CH3NH3 +，NH2CHNH2 +。
4.根据权利要求1所述的钙钛矿材料，其特征在于，M2+包括Cu2+，Ni2+，Co2+，Fe2+，Mn2+，Cr2 +，Pd2+，Cd2+，Ge2+，Sn2+，Pb2+，Eu2+，Yb2+。
5.权利要求1-4任一所述钙钛矿材料的制备方法，其特征在于，所述钙钛矿材料的前驱体溶液通过AX、BX和MX2按摩尔比1～100:1～100:1～100、质量浓度1％～60％配制得到；
其中A+是带有卤素取代基的有机阳离子，A+结构式为R(X)n-Y+，R为具有1～50个碳原子的脂族烃基、具有5～100个碳原子的脂环族烃基、具有6～100个碳原子的任取代的芳基或具有3～100个碳原子的任取代的杂环基，X是取代R中任意碳上连接的氢的卤素，n＝1～300，Y+为伯铵、仲铵、叔铵、季铵、脒、含N杂环有机阳离子中的任意一种；
B+为金属阳离子或烷基铵盐；
M2+为二价金属阳离子；
X为卤族元素。
6.根据权利要求1-4任一所述钙钛矿材料的钙钛矿光电器件，其特征在于，所述器件结构包括衬底、电极层和所述钙钛矿材料制备的钙钛矿层，以及电子传输层和空穴传输层，其中，所述电极层置于衬底表面，功能层置在电极层之间。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710177751.4A CN108630825B (zh) | 2017-03-23 | 2017-03-23 | 一种钙钛矿材料以及制备方法和器件 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710177751.4A CN108630825B (zh) | 2017-03-23 | 2017-03-23 | 一种钙钛矿材料以及制备方法和器件 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108630825A true CN108630825A (zh) | 2018-10-09 |
| CN108630825B CN108630825B (zh) | 2019-12-06 |
Family
ID=63706453
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710177751.4A Active CN108630825B (zh) | 2017-03-23 | 2017-03-23 | 一种钙钛矿材料以及制备方法和器件 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108630825B (zh) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110305660A (zh) * | 2019-06-14 | 2019-10-08 | 上海大学 | 基于甲磺酸阴离子诱导的低缺陷准二维钙钛矿薄膜的制备方法 |
| CN110591449A (zh) * | 2019-08-21 | 2019-12-20 | 深圳市华星光电技术有限公司 | 钙钛矿墨水及其制备方法、背光模组 |
| CN111416045A (zh) * | 2019-01-07 | 2020-07-14 | 南京工业大学 | 一种非铅钙钛矿材料的制备方法和材料及器件 |
| CN114094022A (zh) * | 2020-08-25 | 2022-02-25 | 香港中文大学 | 钙钛矿发光二极管及其制备方法 |
| CN114220937A (zh) * | 2021-12-01 | 2022-03-22 | 浙江大学 | 双极性分子稳定的钙钛矿材料及光电器件 |
| CN114530753A (zh) * | 2022-02-18 | 2022-05-24 | 中国科学院长春应用化学研究所 | 一种钙钛矿增益介质、其制备方法及其在室温下连续光泵浦激光器中的应用 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105895803A (zh) * | 2016-01-26 | 2016-08-24 | 南京工业大学 | 一种钙钛矿光电器件、制备方法及一种钙钛矿材料 |
-
2017
- 2017-03-23 CN CN201710177751.4A patent/CN108630825B/zh active Active
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105895803A (zh) * | 2016-01-26 | 2016-08-24 | 南京工业大学 | 一种钙钛矿光电器件、制备方法及一种钙钛矿材料 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| SEBASTIEN等: ""Reduced band gap hybrid perovskites resulting from combined hydrogen and halogen bonding at the organic-inorganic interface"", 《CHEM.MATER.》 * |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111416045A (zh) * | 2019-01-07 | 2020-07-14 | 南京工业大学 | 一种非铅钙钛矿材料的制备方法和材料及器件 |
| CN110305660A (zh) * | 2019-06-14 | 2019-10-08 | 上海大学 | 基于甲磺酸阴离子诱导的低缺陷准二维钙钛矿薄膜的制备方法 |
| CN110305660B (zh) * | 2019-06-14 | 2022-07-12 | 上海大学 | 基于甲磺酸阴离子诱导的低缺陷准二维钙钛矿薄膜的制备方法 |
| CN110591449A (zh) * | 2019-08-21 | 2019-12-20 | 深圳市华星光电技术有限公司 | 钙钛矿墨水及其制备方法、背光模组 |
| CN114094022A (zh) * | 2020-08-25 | 2022-02-25 | 香港中文大学 | 钙钛矿发光二极管及其制备方法 |
| CN114220937A (zh) * | 2021-12-01 | 2022-03-22 | 浙江大学 | 双极性分子稳定的钙钛矿材料及光电器件 |
| CN114220937B (zh) * | 2021-12-01 | 2023-08-29 | 浙江大学 | 双极性分子稳定的钙钛矿材料及光电器件 |
| CN114530753A (zh) * | 2022-02-18 | 2022-05-24 | 中国科学院长春应用化学研究所 | 一种钙钛矿增益介质、其制备方法及其在室温下连续光泵浦激光器中的应用 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN108630825B (zh) | 2019-12-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Duan et al. | Inorganic perovskite solar cells: an emerging member of the photovoltaic community | |
| Yang et al. | Recent progress and challenges of organometal halide perovskite solar cells | |
| Yan et al. | Hole‐transporting materials in inverted planar perovskite solar cells | |
| Kazim et al. | Perovskite as light harvester: a game changer in photovoltaics | |
| Brittman et al. | The expanding world of hybrid perovskites: materials properties and emerging applications | |
| CN108630825A (zh) | 一种高稳定性钙钛矿材料以及方法和器件 | |
| Ito et al. | Effects of surface blocking layer of Sb2S3 on nanocrystalline TiO2 for CH3NH3PbI3 perovskite solar cells | |
| Zhao et al. | Introduction of multifunctional triphenylamino derivatives at the perovskite/HTL interface to promote efficiency and stability of perovskite solar cells | |
| TWI527259B (zh) | 鈣鈦礦太陽能電池的製造方法 | |
| US20190173025A1 (en) | Solar cell, photoabsorber layer, and forming method of photoabsorber layer | |
| Dou et al. | Toward highly reproducible, efficient, and stable perovskite solar cells via interface engineering with CoO nanoplates | |
| Liu et al. | Effects of interfacial characteristics on photovoltaic performance in CH3NH3PbBr3-based bulk perovskite solar cells with core/shell nanoarray as electron transporter | |
| TW201607092A (zh) | 有機－無機串疊型太陽能電池 | |
| JP6418469B2 (ja) | 太陽電池 | |
| TW201603293A (zh) | 太陽能電池及其製造方法 | |
| CN108389969B (zh) | 一种用于制备钙钛矿太阳能电池钙钛矿层的绿色溶剂体系及混合溶液 | |
| Miyasaka | Perovskite photovoltaics and optoelectronics: From fundamentals to Advanced Applications | |
| CN110854273A (zh) | 一种有机体异质结掺杂的钙钛矿太阳能电池及其制备方法 | |
| CN110112258A (zh) | 钙钛矿太阳能电池及其制造方法 | |
| Zong et al. | Highly stable hole-conductor-free CH3NH3Pb (I1-xBrx) 3 perovskite solar cells with carbon counter electrode | |
| Hou et al. | Efficient and stable perovskite solar cell achieved with bifunctional interfacial layers | |
| JP2018056473A (ja) | ピリジン誘導体を用いたペロブスカイト太陽電池 | |
| Hui et al. | Stable electron-transport-layer-free perovskite solar cells with over 22% power conversion efficiency | |
| CN111029470B (zh) | 基于纳米草状介孔层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法 | |
| JP2024513065A (ja) | ペロブスカイト太陽電池及びこれを含むタンデム太陽電池 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |