CN110212092B - 梯度结构特征的二维Ruddlesden-Popper杂化钙钛矿薄膜及其制备方法 - Google Patents
梯度结构特征的二维Ruddlesden-Popper杂化钙钛矿薄膜及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110212092B CN110212092B CN201910289614.9A CN201910289614A CN110212092B CN 110212092 B CN110212092 B CN 110212092B CN 201910289614 A CN201910289614 A CN 201910289614A CN 110212092 B CN110212092 B CN 110212092B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- hybrid perovskite
- film
- precursor solution
- thin film
- spaced
- 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.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
- H10K30/10—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation comprising heterojunctions between organic semiconductors and inorganic semiconductors
-
- 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
- H10K71/15—Deposition of organic active material using liquid deposition, e.g. spin coating characterised by the solvent used
-
- 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
-
- 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
- H10K71/40—Thermal treatment, e.g. annealing in the presence of a solvent vapour
-
- 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
- H10K85/50—Organic perovskites; Hybrid organic-inorganic perovskites [HOIP], e.g. CH3NH3PbI3
-
- 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
- H10K85/60—Organic compounds having low molecular weight
-
- 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)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Electroluminescent Light Sources (AREA)
- Heterocyclic Carbon Compounds Containing A Hetero Ring Having Oxygen Or Sulfur (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
本发明公开了一种梯度结构特征的二维Ruddlesden‑Popper杂化钙钛矿薄膜及其制备方法,属于有机‑无机杂化钙钛矿材料领域。该薄膜可以通过溶液旋涂方法,从含有两种间隔阳离子的前驱体溶液中沉积获得。该薄膜由取向生长的大的晶粒构成,质量高,具有很好的载流子传输特性,而且具有其中一种间隔阳离子在薄膜表面富集的梯度结构特征,有利于获得良好的耐潮湿稳定性。对于高性能杂化钙钛矿光电器件的溶液法制备具有十分重要的意义。
Description
技术领域
本发明属于有机-无机杂化钙钛矿材料领域,具体涉及一种梯度结构特征的二维Ruddlesden-Popper杂化钙钛矿薄膜及其制备方法。
背景技术
近年来三维有机-无机杂化钙钛矿材料发展迅速,由三维有机-无机杂化钙钛矿材料制备的太阳电池最高效率已超23%,目前,研究中越来越关注钙钛矿电池的稳定性。二维钙钛矿由于含有较为疏水的间隔阳离子,因而具有比三维钙钛矿材料更好的湿稳定性。
然而,间隔阳离子会在二维钙钛矿中形成绝缘层,阻碍载流子的传输。而且,间隔阳离子的存在还会限制晶粒的长大,导致二维钙钛矿薄膜中晶界的增多,从而带来严重的载流子的复合,进而使劣化光电器件的性能。目前,避免间隔阳离子绝缘层对载流子传输的阻碍的方法,主要是使二维钙钛矿薄膜中的晶体垂直于基底取向生长,其实现的手段主要有高温 (>100℃)热旋涂、使用混合溶剂(如DMF与DMSO混合)和加入易挥发添加剂(如硫氰酸铵)等。采用上述方法获得的二维钙钛矿薄膜中,间隔阳离子的分布都呈现出厚度方向向上递减的特征。考虑到间隔阳离子的疏水性特性,其在钙钛矿表面的富集将更加有利于提高薄膜的湿稳定性。所以,既具有高的电荷传输能力,又具有高的耐潮湿特性的二维杂化钙钛矿薄膜需要具备的特征是:1.薄膜由垂直于基底取向生长的大的晶粒构成;2.间隔阳离子在上表面富集,浓度分布沿薄膜厚度方向向下递减。目前,仍然没有一种方法,能够制备出上述结构的二维钙钛矿薄膜。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术中存在的上述问题,并提供一种具有梯度结构二维Ruddlesden-Popper杂化钙钛矿薄膜。该薄膜由取向生长的大的晶粒构成,具有良好的载流子传输特性,而且具有其中一种间隔阳离子在薄膜表面富集的梯度结构特征,有利于获得良好的耐潮湿稳定性。
本发明具体采用的技术方案如下:
一种梯度结构特征的二维Ruddlesden-Popper杂化钙钛矿薄膜,该薄膜由含有两种间隔阳离子的前驱体溶液沉积获得,所述的两种间隔阳离子中一种为正丁铵,第二种为苯乙铵、苯甲铵、叔丁铵、咪唑铵、乙基吡啶铵或者异丁铵;且其中第二种间隔阳离子在薄膜表面富集,形成沿薄膜厚度方向向下递减的浓度梯度。
需要注意的是,本发明中此处所述的正丁铵、苯乙铵、苯甲铵、叔丁铵、咪唑铵、乙基吡啶铵或者异丁铵,均是指相应化合物的阳离子。
在该方案的基础上,本发明还可以进一步提供以下一种或多种优选实现方式。需要指出的是,本发明中各个优选实现方式的技术特征在没有相互冲突的前提下,均可进行相应组合。
优选的,所述的前驱体溶液中,正丁铵与第二种间隔阳离子的摩尔比为1:0.01~0.3。
优选的,所述的前驱体溶液为甲胺氢碘酸盐、两种间隔阳离子氢碘酸盐、碘化铅与有机溶剂的混合物,所述的有机溶剂为甲酰胺、二甲基亚砜、N,N-二甲基甲酰胺中的一种或者多种的混合物。
进一步的,所述的前驱体溶液中碘化铅与有机溶剂的配比为50-800毫克:1毫升。
进一步的,所述的前驱体溶液中,以摩尔比计,两种间隔阳离子氢碘酸盐:甲胺氢碘酸盐:碘化铅为2:2:3或2:3:4或2:4:5。
优选的,所述的沉积的具体过程是:将所述前驱体溶液旋涂于基底上成膜,并退火。
进一步的,基底的温度为25-70℃,前驱体溶液的温度与基底相同。
进一步的,退火温度范围为70-150℃,退火时间范围为5-20分钟。
进一步的,所述基底为旋涂有PEDOT:PSS层的ITO玻璃基底。
本发明的另一目的在于提供一种梯度结构特征的二维Ruddlesden-Popper杂化钙钛矿薄膜的制备方法,其步骤如下:
首先,制备表面旋涂PEDOT:PSS层的ITO玻璃基底;
然后,将两种间隔阳离子氢碘酸盐、甲胺氢碘酸盐、碘化铅与有机溶剂混合得到前驱体溶液;所述前驱体溶液中,两种间隔阳离子中一种为正丁铵,第二种为苯乙铵、苯甲铵、叔丁铵或者异丁铵,正丁铵与第二种间隔阳离子的摩尔比为1:0.01~0.3,碘化铅与有机溶剂的配比为50-800毫克:1毫升,所述有机溶剂为甲酰胺、二甲基亚砜、N,N-二甲基甲酰胺中的一种或多种的混合物,以摩尔比计,两种间隔阳离子氢碘酸盐:甲胺氢碘酸盐:碘化铅为2:2:3或 2:3:4或2:4:5;
最后,将前驱体溶液旋涂于基底上成膜,并退火;旋涂时,基底的温度为25-70℃,用于旋涂的前驱体溶液的温度与基底温度相同,退火温度范围为70-150℃,退火时间范围为 5-20分钟。
本发明采用含有两种间隔阳离子的钙钛矿前驱体溶液,通过沉积,一方面获得由取向生长的大晶粒构成的二维杂化Ruddlesden-Popper杂化钙钛矿薄膜,从而获得良好的载流子传输能力;另一方面,两种间隔阳离子中的一种能够在薄膜表面的富集,形成在厚度方向向下递减的浓度梯度,有利于获得良好的耐潮湿稳定性。对于高性能杂化钙钛矿光电器件的溶液法制备具有十分重要的意义。
附图说明
图1是具有梯度结构二维Ruddlesden-Popper杂化钙钛矿薄膜横截面SEM图。
图2是苯乙铵阳离子在薄膜中分布的时间飞行二次离子质谱(TOF-SIMS)数据,左侧为薄膜的上表面,右侧为薄膜的下表面。
图3是二维Ruddlesden-Popper杂化钙钛矿薄膜储存于湿度50±5%的空气中,薄膜X射线衍射(XRD)图谱随储存时间(0天~120天)的变化。
具体实施方式
具有梯度结构特征的二维Ruddlesden-Popper杂化钙钛矿薄膜的制备过程为:首先将ITO 玻璃基底依次用洗涤剂、丙酮、异丙醇、乙醇超声洗涤5分钟后,用去离子水漂洗并烘干。经紫外-臭氧处理后,用旋涂的方法制备厚度约为25nm的PEDOT:PSS层,140℃下烘烤15 分钟后取出。将两种间隔阳离子氢碘酸盐、甲胺氢碘酸盐、碘化铅与有机溶剂混合,两种间隔阳离子一种为正丁铵,第二种为苯乙铵、苯甲铵、叔丁铵或者异丁铵,正丁铵与第二种间隔阳离子的摩尔比为1:0.01~0.3;碘化铅与有机溶剂的配比为50-800毫克:1毫升;有机溶剂为甲酰胺、二甲基亚砜、N,N-二甲基甲酰胺及其混合物;间隔阳离子氢碘酸盐:甲胺氢碘酸盐:碘化铅的比例(摩尔比)为2:2:3或2:3:4或2:4:5。然后将前驱体溶液旋涂于基底上成膜,并退火。基底的温度为25-70℃,旋涂前驱体溶液的温度与基底温度相同。退火温度范围 70-150℃,退火时间范围5-20分钟。
下面基于上述制备方法,通过如下实施例对本发明作进一步的详述:
实施例1:
将ITO玻璃基底依次用洗涤剂、丙酮、异丙醇、乙醇各超声洗涤5分钟后,用去离子水漂洗并烘干。烘干的ITO玻璃基底经紫外-臭氧处理后,用旋涂的方法制备厚度约为25nm的 PEDOT:PSS层,140℃下烘烤15分钟后取出。将苯乙胺氢碘酸盐、正丁胺氢碘酸盐、甲胺氢碘酸盐、碘化铅混合溶解于N,N-二甲基甲酰胺中,碘化铅与N,N-二甲基甲酰胺的配比为50毫克:1毫升,(正丁胺氢碘酸盐+苯乙胺氢碘酸盐):甲胺氢碘酸盐:碘化铅(摩尔比)为2:2:3,正丁铵:苯乙胺(以离子摩尔比计)为1:0.01,搅拌过夜,获得前驱体溶液;采用溶液旋涂的方法,取 25℃前驱体溶液在25℃的PEDOT:PSS覆盖ITO玻璃基底上旋涂成膜,70℃退火5分钟,得到具有梯度结构高质量二维Ruddlesden-Popper杂化钙钛矿薄膜。薄膜横截面扫描电镜(SEM)照片如图1所示,表明该薄膜由沿着厚度方向取向生长的大晶粒构成。图2时间飞行二次离子质谱(TOF-SIMS)数据表明,钙钛矿薄膜中两种间隔阳离子的浓度分布不同,其中苯乙铵阳离子 PEA+在表面富集,即薄膜表面PEA+浓度最大,并形成沿厚度方向向下递减的浓度梯度。图3 稳定性测试表明,该薄膜在湿度50±5%的空气中储存中120天,薄膜X射线衍射(XRD)图谱几乎不变,显示出良好的耐潮湿稳定性。
实施例2
将ITO玻璃基底依次用洗涤剂、丙酮、异丙醇、乙醇各超声洗涤5分钟后,用去离子水漂洗并烘干。烘干的ITO玻璃基底经紫外-臭氧处理后,用旋涂的方法制备厚度约为25nm的 PEDOT:PSS层,140℃下烘烤15分钟后取出。将苯甲胺氢碘酸盐、正丁胺氢碘酸盐、甲胺氢碘酸盐、碘化铅混合溶解于甲酰胺中,碘化铅与甲酰胺的配比为800毫克:1毫升,(正丁胺氢碘酸盐+苯甲胺氢碘酸盐):甲胺氢碘酸盐:碘化铅(摩尔比)为2:4:5,正丁铵:苯甲铵(以离子摩尔比计)为1:0.3,搅拌过夜,获得前驱体溶液;采用溶液旋涂的方法,取30℃前驱体溶液在30℃的 PEDOT:PSS覆盖ITO玻璃基底上旋涂成膜,150℃退火20分钟,得到具有梯度结构高质量二维 Ruddlesden-Popper杂化钙钛矿薄膜。考察薄膜的横截面形貌,得到的扫描电镜(SEM)照片与图1相类似,考察时间飞行二次离子质谱(TOF-SIMS),得到的苯甲铵分布数据与图2相类似。图1与图2表明形成了具有梯度结构的高质量二维Ruddlesden-Popper杂化钙钛矿薄膜。考察薄膜在湿度50±5%空气中储存120天的稳定性,薄膜X射线衍射(XRD)图谱与图3相类似,表明其良好的耐潮湿稳定性。
实施例3:
将ITO玻璃基底依次用洗涤剂、丙酮、异丙醇、乙醇各超声洗涤5分钟后,用去离子水漂洗并烘干。烘干的ITO玻璃基底经紫外-臭氧处理后,用旋涂的方法制备厚度约为25nm的 PEDOT:PSS层,140℃下烘烤15分钟后取出。将叔丁胺氢碘酸盐、正丁胺氢碘酸盐、甲胺氢碘酸盐、碘化铅混合溶解于二甲基亚砜中,碘化铅与二甲基亚砜的配比为400毫克:1毫升,(正丁胺氢碘酸盐+叔丁胺氢碘酸盐):甲胺氢碘酸盐:碘化铅(摩尔比)为2:3:4,正丁铵:叔丁铵(以离子摩尔比计)为1:0.2,搅拌过夜,获得前驱体溶液;采用溶液旋涂的方法,取70℃前驱体溶液在70℃的PEDOT:PSS覆盖ITO玻璃基底上旋涂成膜,100℃退火15分钟,得到具有梯度结构高质量二维Ruddlesden-Popper杂化钙钛矿薄膜。考察薄膜的横截面形貌,得到的扫描电镜(SEM) 照片与图1相类似,考察时间飞行二次离子质谱(TOF-SIMS),得到的叔丁铵分布数据与图2相类似。图1与图2表明形成了具有梯度结构的高质量二维Ruddlesden-Popper杂化钙钛矿薄膜。考察薄膜在湿度50±5%空气中储存120天的稳定性,薄膜X射线衍射(XRD)图谱与图3相类似,表明其良好的耐潮湿稳定性。
实施例4:
将ITO玻璃基底依次用洗涤剂、丙酮、异丙醇、乙醇各超声洗涤5分钟后,用去离子水漂洗并烘干。烘干的ITO玻璃基底经紫外-臭氧处理后,用旋涂的方法制备厚度约为25nm的 PEDOT:PSS层,140℃下烘烤15分钟后取出。将异丁胺氢碘酸盐、正丁胺氢碘酸盐、甲胺氢碘酸盐、碘化铅混合溶解于N,N-二甲基甲酰胺/二甲基亚砜中,碘化铅与N,N-二甲基甲酰胺/ 二甲基亚砜的配比为600毫克:1毫升,(正丁胺氢碘酸盐+异丁胺氢碘酸盐):甲胺氢碘酸盐:碘化铅(摩尔比)为2:4:5,正丁铵:异丁铵(以离子摩尔比计)为1:0.1,搅拌过夜,获得前驱体溶液;采用溶液旋涂的方法,取60℃前驱体溶液在60℃的PEDOT:PSS覆盖ITO玻璃基底上旋涂成膜, 90℃退火10分钟,得到具有梯度结构高质量二维Ruddlesden-Popper杂化钙钛矿薄膜。考察薄膜的横截面形貌,得到的扫描电镜(SEM)照片与图1相类似,考察时间飞行二次离子质谱 (TOF-SIMS),得到的异丁铵分布数据与图2相类似。图1与图2表明形成了具有梯度结构的高质量二维Ruddlesden-Popper杂化钙钛矿薄膜。考察薄膜在湿度50±5%空气中储存120天的稳定性,薄膜X射线衍射(XRD)图谱与图3相类似,表明其良好的耐潮湿稳定性。
实施例5:
将ITO玻璃基底依次用洗涤剂、丙酮、异丙醇、乙醇各超声洗涤5分钟后,用去离子水漂洗并烘干。烘干的ITO玻璃基底经紫外-臭氧处理后,用旋涂的方法制备厚度约为25nm的 PEDOT:PSS层,140℃下烘烤15分钟后取出。将咪唑氢碘酸盐、正丁胺氢碘酸盐、甲胺氢碘酸盐、碘化铅混合溶解于N,N-二甲基甲酰胺/甲酰胺中,碘化铅与N,N-二甲基甲酰胺/甲酰胺的配比为300毫克:1毫升,(正丁胺氢碘酸盐+咪唑氢碘酸盐):甲胺氢碘酸盐:碘化铅(摩尔比)为 2:3:4,正丁铵:咪唑铵(以离子摩尔比计)为1:0.05,搅拌过夜,获得前驱体溶液;采用溶液旋涂的方法,取50℃前驱体溶液在50℃的PEDOT:PSS覆盖ITO玻璃基底上旋涂成膜,120℃退火12 分钟,得到具有梯度结构高质量二维Ruddlesden-Popper杂化钙钛矿薄膜。考察薄膜的横截面形貌,得到的扫描电镜(SEM)照片与图1相类似,考察二次离子质谱(SIMS),得到的咪唑铵分布数据与图2相类似。图1与图2表明形成了具有梯度结构高质量二维Ruddlesden-Popper杂化钙钛矿薄膜。
实施例6:
将ITO玻璃基底依次用洗涤剂、丙酮、异丙醇、乙醇各超声洗涤5分钟后,用去离子水漂洗并烘干。烘干的ITO玻璃基底经紫外-臭氧处理后,用旋涂的方法制备厚度约为25nm的 PEDOT:PSS层,140℃下烘烤15分钟后取出。将乙基吡啶氢碘酸盐、正丁胺氢碘酸盐、甲胺氢碘酸盐、碘化铅混合溶解于二甲基亚砜/甲酰胺中,碘化铅与二甲基亚砜/甲酰胺的配比为600 毫克:1毫升,(正丁胺氢碘酸盐+苯甲胺氢碘酸盐):甲胺氢碘酸盐:碘化铅(摩尔比)为2:2:3,正丁铵:乙基吡啶铵(以离子摩尔比计)为1:0.25,搅拌过夜,获得前驱体溶液;采用溶液旋涂的方法,取65℃前驱体溶液在65℃的PEDOT:PSS覆盖ITO玻璃基底上旋涂成膜,130℃退火10分钟,得到具有梯度结构高质量二维Ruddlesden-Popper杂化钙钛矿薄膜。考察薄膜的横截面形貌,得到的扫描电镜(SEM)照片与图1相类似,考察时间飞行二次离子质谱(TOF-SIMS),得到的乙基吡啶铵分布数据与图2相类似。图1与图2表明形成了具有梯度结构的高质量二维 Ruddlesden-Popper杂化钙钛矿薄膜。考察薄膜在湿度50±5%空气中储存120天的稳定性,薄膜 X射线衍射(XRD)图谱与图3相类似,表明其良好的耐潮湿稳定性。
实施例7:
将ITO玻璃基底依次用洗涤剂、丙酮、异丙醇、乙醇各超声洗涤5分钟后,用去离子水漂洗并烘干。烘干的ITO玻璃基底经紫外-臭氧处理后,用旋涂的方法制备厚度约为25nm的 PEDOT:PSS层,140℃下烘烤15分钟后取出。将叔丁胺氢碘酸盐、正丁胺氢碘酸盐、甲胺氢碘酸盐、碘化铅混合溶解于N,N-二甲基甲酰胺/二甲基亚砜/甲酰胺中,碘化铅与N,N-二甲基甲酰胺/二甲基亚砜/甲酰胺的配比为700毫克:1毫升,(正丁胺氢碘酸盐+叔丁胺氢碘酸盐):甲胺氢碘酸盐:碘化铅(摩尔比)为2:4:5,正丁铵:苯乙铵(以离子摩尔比计)为1:0.2,搅拌过夜,获得前驱体溶液;采用溶液旋涂的方法,取55℃前驱体溶液在55℃的PEDOT:PSS覆盖ITO玻璃基底上旋涂成膜,140℃退火20分钟,得到具有梯度结构高质量二维Ruddlesden-Popper杂化钙钛矿薄膜。考察薄膜的横截面形貌,得到的扫描电镜(SEM)照片与图1相类似,考察时间飞行二次离子质谱(TOF-SIMS),得到的叔丁铵分布数据与图2相类似。图1与图2表明形成了具有梯度结构的高质量二维Ruddlesden-Popper杂化钙钛矿薄膜。考察薄膜在湿度50±5%空气中储存120 天的稳定性,薄膜X射线衍射(XRD)图谱与图3相类似,表明其良好的耐潮湿稳定性。
实施例8:
将ITO玻璃基底依次用洗涤剂、丙酮、异丙醇、乙醇各超声洗涤5分钟后,用去离子水漂洗并烘干。烘干的ITO玻璃基底经紫外-臭氧处理后,用旋涂的方法制备厚度约为25nm的 PEDOT:PSS层,140℃下烘烤15分钟后取出。将苯乙胺氢碘酸盐、正丁胺氢碘酸盐、甲胺氢碘酸盐、碘化铅混合溶解于N,N-二甲基甲酰胺中,碘化铅与N,N-二甲基甲酰胺的配比为200毫克:1毫升,(正丁胺氢碘酸盐+苯乙胺氢碘酸盐):甲胺氢碘酸盐:碘化铅(摩尔比)为2:3:4,正丁铵:苯乙铵(以离子摩尔比计)为1:0.15,搅拌过夜,获得前驱体溶液;采用溶液旋涂的方法,取45℃前驱体溶液在45℃的PEDOT:PSS覆盖ITO玻璃基底上旋涂成膜,150℃退火15分钟,得到具有梯度结构高质量二维Ruddlesden-Popper杂化钙钛矿薄膜。考察薄膜的横截面形貌,得到的扫描电镜(SEM)照片与图1相类似,考察时间飞行二次离子质谱(TOF-SIMS),得到的苯乙铵分布数据与图2相类似。图1与图2表明形成了具有梯度结构的高质量二维Ruddlesden-Popper 杂化钙钛矿薄膜。考察薄膜在湿度50±5%空气中储存120天的稳定性,薄膜X射线衍射(XRD) 图谱与图3相类似,表明其良好的耐潮湿稳定性。
Claims (10)
1.一种梯度结构特征的二维Ruddlesden-Popper杂化钙钛矿薄膜,其特征在于:该薄膜由含有两种间隔阳离子的前驱体溶液沉积获得,所述的两种间隔阳离子中一种为正丁铵,第二种为苯乙铵、苯甲铵、叔丁铵、咪唑铵、乙基吡啶铵或者异丁铵;且其中第二种间隔阳离子在薄膜表面富集,形成沿薄膜厚度方向向下递减的浓度梯度。
2.根据权利要求1所述的一种梯度结构特征的二维Ruddlesden-Popper杂化钙钛矿薄膜,其特征在于所述的前驱体溶液中,正丁铵与第二种间隔阳离子的摩尔比为1:0.01~0.3。
3.根据权利要求1或2所述的一种梯度结构特征的二维Ruddlesden-Popper杂化钙钛矿薄膜,其特征在于所述的前驱体溶液为甲胺氢碘酸盐、两种间隔阳离子氢碘酸盐、碘化铅与有机溶剂的混合物,所述的有机溶剂为甲酰胺、二甲基亚砜、N,N-二甲基甲酰胺中的一种或者多种的混合物。
4.根据权利要求3所述的一种梯度结构特征的二维Ruddlesden-Popper杂化钙钛矿薄膜,其特征在于所述的前驱体溶液中碘化铅与有机溶剂的配比为50-800毫克:1毫升。
5.根据权利要求3所述的一种梯度结构特征的二维Ruddlesden-Popper杂化钙钛矿薄膜,其特征在于所述的前驱体溶液中,以摩尔比计,两种间隔阳离子氢碘酸盐:甲胺氢碘酸盐:碘化铅为2:2:3或2:3:4或2:4:5。
6.根据权利要求1所述的一种梯度结构特征的二维Ruddlesden-Popper杂化钙钛矿薄膜,其特征在于所述的沉积的具体过程是:将所述前驱体溶液旋涂于基底上成膜,并退火。
7.根据权利要求6所述的一种梯度结构特征的二维Ruddlesden-Popper杂化钙钛矿薄膜,其特征在于旋涂时,基底的温度为25-70℃,前驱体溶液的温度与基底相同。
8.根据权利要求6所述的一种梯度结构特征的二维Ruddlesden-Popper杂化钙钛矿薄膜,其特征在于退火温度范围为70-150℃,退火时间范围为5-20分钟。
9.根据权利要求6所述的一种梯度结构特征的二维Ruddlesden-Popper杂化钙钛矿薄膜,其特征在于所述基底为旋涂有PEDOT:PSS层的ITO玻璃基底。
10.一种梯度结构特征的二维Ruddlesden-Popper杂化钙钛矿薄膜的制备方法,其特征在于,步骤如下:
首先,制备表面旋涂PEDOT:PSS层的ITO玻璃基底;
然后,将两种间隔阳离子氢碘酸盐、甲胺氢碘酸盐、碘化铅与有机溶剂混合得到前驱体溶液;所述前驱体溶液中,两种间隔阳离子中一种为正丁铵,第二种为苯乙铵、苯甲铵、叔丁铵或者异丁铵,正丁铵与第二种间隔阳离子的摩尔比为1:0.01~0.3,碘化铅与有机溶剂的配比为50-800毫克:1毫升,所述有机溶剂为甲酰胺、二甲基亚砜、N,N-二甲基甲酰胺中的一种或多种的混合物,以摩尔比计,两种间隔阳离子氢碘酸盐:甲胺氢碘酸盐:碘化铅为2:2:3或2:3:4或2:4:5;
最后,将前驱体溶液旋涂于基底上成膜,并退火;旋涂时,基底的温度为25-70℃,用于旋涂的前驱体溶液的温度与基底温度相同,退火温度范围为70-150℃,退火时间范围为5-20分钟。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201910289614.9A CN110212092B (zh) | 2019-04-11 | 2019-04-11 | 梯度结构特征的二维Ruddlesden-Popper杂化钙钛矿薄膜及其制备方法 |
PCT/CN2019/098047 WO2020206872A1 (zh) | 2019-04-11 | 2019-07-26 | 梯度结构特征的二维Ruddlesden-Popper杂化钙钛矿薄膜及其制备方法 |
JP2020529303A JP7032531B2 (ja) | 2019-04-11 | 2019-07-26 | 勾配構造特徴を持つRuddlesden-Popper型二次元ハイブリッドペロブスカイトフィルムフィルム及びその製造方法 |
US17/149,761 US20210167307A1 (en) | 2019-04-11 | 2021-01-15 | Two-dimensional ruddlesden-popper hybrid perovskite film with a gradient structural characteristic and method for preparing the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201910289614.9A CN110212092B (zh) | 2019-04-11 | 2019-04-11 | 梯度结构特征的二维Ruddlesden-Popper杂化钙钛矿薄膜及其制备方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN110212092A CN110212092A (zh) | 2019-09-06 |
CN110212092B true CN110212092B (zh) | 2020-12-08 |
Family
ID=67785271
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201910289614.9A Active CN110212092B (zh) | 2019-04-11 | 2019-04-11 | 梯度结构特征的二维Ruddlesden-Popper杂化钙钛矿薄膜及其制备方法 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20210167307A1 (zh) |
JP (1) | JP7032531B2 (zh) |
CN (1) | CN110212092B (zh) |
WO (1) | WO2020206872A1 (zh) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112786815A (zh) * | 2019-11-11 | 2021-05-11 | 香港大学深圳研究院 | 一种Ruddlesden-Popper钙钛矿膜及其制备方法和应用 |
CN111446371A (zh) * | 2020-04-28 | 2020-07-24 | 上海南麟电子股份有限公司 | 基于二维钙钛矿单晶的太阳能电池及其制备方法 |
CN115148904B (zh) * | 2022-05-23 | 2024-03-19 | 苏州大学 | 一种透明稳定的全无机金属卤素钙钛矿光电探测器及其制备方法与应用 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106803538A (zh) * | 2017-01-13 | 2017-06-06 | 浙江大学 | 垂直取向结构的二维有机‑无机杂化钙钛矿薄膜材料 |
CN106816532A (zh) * | 2017-01-13 | 2017-06-09 | 浙江大学 | 基于有机‑无机杂化钙钛矿取向结晶薄膜的太阳电池 |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102664273B (zh) * | 2012-05-25 | 2014-06-25 | 南京工业大学 | 一种提高固体氧化物燃料电池阴极性能的方法 |
US20170229647A1 (en) * | 2014-05-05 | 2017-08-10 | Okinawa Institute Of Science And Technology School Corporation | System and method for fabricating perovskite film for solar cell applications |
US10770239B1 (en) * | 2016-07-01 | 2020-09-08 | Triad National Security, Llc | High-efficiency and durable optoelectronic devices using layered 2D perovskites |
EP3659192B1 (en) * | 2017-07-25 | 2023-02-22 | IMEC vzw | Layered hybrid organic-inorganic perovskite materials |
CN109560204B (zh) * | 2018-11-22 | 2022-07-29 | 东莞理工学院 | 一种钙钛矿薄膜及其制备方法和其应用 |
-
2019
- 2019-04-11 CN CN201910289614.9A patent/CN110212092B/zh active Active
- 2019-07-26 JP JP2020529303A patent/JP7032531B2/ja active Active
- 2019-07-26 WO PCT/CN2019/098047 patent/WO2020206872A1/zh active Application Filing
-
2021
- 2021-01-15 US US17/149,761 patent/US20210167307A1/en active Pending
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106803538A (zh) * | 2017-01-13 | 2017-06-06 | 浙江大学 | 垂直取向结构的二维有机‑无机杂化钙钛矿薄膜材料 |
CN106816532A (zh) * | 2017-01-13 | 2017-06-09 | 浙江大学 | 基于有机‑无机杂化钙钛矿取向结晶薄膜的太阳电池 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
The Effect of Hydrophobicity of Ammonium Salts on Stability of Quasi-2D Perovskite Materials in Moist Condition;Haiying Zheng等;《Advanced Energy Materials》;20180430;正文第2页右栏第2段-第3页左栏第2段;附图1a * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN110212092A (zh) | 2019-09-06 |
WO2020206872A1 (zh) | 2020-10-15 |
JP2021523553A (ja) | 2021-09-02 |
JP7032531B2 (ja) | 2022-03-08 |
US20210167307A1 (en) | 2021-06-03 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN110212092B (zh) | 梯度结构特征的二维Ruddlesden-Popper杂化钙钛矿薄膜及其制备方法 | |
Shi et al. | Effects of 4-tert-butylpyridine on perovskite formation and performance of solution-processed perovskite solar cells | |
CN110224065B (zh) | 膜厚不敏感的反型厚膜二维杂化钙钛矿太阳电池及其制备方法 | |
CN106803538B (zh) | 垂直取向结构的二维有机-无机杂化钙钛矿薄膜材料 | |
CN105702865A (zh) | 一种金属掺杂钙钛矿薄膜、其制备方法及应用 | |
CN108832029A (zh) | 一种钙钛矿薄膜的原位法生长方法与应用 | |
CN106816532B (zh) | 基于有机-无机杂化钙钛矿取向结晶薄膜的太阳电池 | |
CN108539025B (zh) | 一种由基底调控的高取向性二维杂化钙钛矿薄膜及其制备方法 | |
CN109786555B (zh) | 一种钙钛矿太阳能电池及制备方法 | |
Li et al. | Preheating-assisted deposition of solution-processed perovskite layer for an efficiency-improved inverted planar composite heterojunction solar cell | |
CN110718632A (zh) | 一种制备大面积钙钛矿层的方法和钙钛矿太阳能电池 | |
CN105810831A (zh) | 一种铅锡混合钙钛矿薄膜、其制备方法及应用 | |
Manjunatha et al. | The characteristics of perovskite solar cells fabricated using DMF and DMSO/GBL solvents | |
Wei et al. | Importance of PbI2 morphology in two-step deposition of CH3NH3PbI3 for high-performance perovskite solar cells | |
Feng et al. | Enhanced performance in perovskite solar cells via bromide ion substitution and ethanol treatment | |
CN112126425A (zh) | 钙钛矿薄膜及其制作方法和应用 | |
CN112151677A (zh) | 一种钙钛矿薄膜的制备方法及其钙钛矿太阳能电池 | |
CN115666197A (zh) | 一种高机械稳定性的柔性太阳能电池及制备方法 | |
CN109768162A (zh) | 一种低维氯化钙钛矿薄膜及太阳能电池制备方法 | |
CN114649482A (zh) | 基于籽晶诱导生长钙钛矿薄膜的反式太阳能电池制备方法 | |
CN115498110B (zh) | 一种具有复合结构的钙钛矿太阳能电池及制备方法 | |
KR101450426B1 (ko) | 칼코겐화물 흡수층용 나트륨 도핑 용액 및 이를 이용한 박막태양전지 제조방법 | |
KR102132803B1 (ko) | 고속 결정화가 가능한 할로겐화물 페로브스카이트 박막 및 이의 제조방법 | |
CN117295374A (zh) | 一种调节钙钛矿结晶速率的制备方法及其柔性器件 | |
Pathipati | Surface Morphological Effects on the Performance of Perovskite Solar Cells |
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 |