CN115161027B - 钙钛矿埋底界面材料、制备方法及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了钙钛矿埋底界面材料、制备方法及应用，所述钙钛矿埋底界面材料MXene/SnO2QDs具有纳米级的量子点结构；MXene/SnO2QDs包括Ti3C2TXMXene QDs和SnO2QDs，Ti3C2TX MXene QDs的Ti元素分散在SnO2QDs的基底表面，Sn、O、Ti和C元素的含量分别为20‑25％、70‑75％、1‑2％和0‑1％。本发明有效地提高了器件的导电性、稳定性以及各项性能，显著降低了钙钛矿层的缺陷与空位。为钙钛矿器件的发展提供了新思路，在未来的通信、航天、农业等领域的探测等方面有着广泛的应用前景。

Description

钙钛矿埋底界面材料、制备方法及应用
技术领域
本发明涉及一种钙钛矿埋底界面材料、制备方法及应用，属于钙钛矿功能材料领域。
背景技术
近年来兴起的钙钛矿器件因具有效率高、质量轻，可制备成大面积柔性器件等突出优点而备受关注，其发展十分迅速，同时还具有低成本、简单的制备工艺等诱人的工业潜力。同时，钙钛矿层薄膜的上下两个界面被认为是大量缺陷集中的区域，是阻碍提升钙钛矿器件效率的关键因素。目前，大多数科研工作都是对钙钛矿层上表/界面的认知与改进，而对于被隐埋的、非暴露的底界面(简称“埋底界面”)，则缺乏系统性的认知和深入的研究。
二氧化锡(SnO2)具有优异的光电性能，是一种优秀的电子传输材料(ETM)，能带匹配性好，载流子迁移率高。但SnO2仍然存在电导率低、透光率低等特点，需要通过掺杂进行改善。具有MXene相的Ti3C2TX作为一种新型的2D材料，因其优异的金属导电性而备受关注，研究发现高导电性的MXene相Ti3C2TX可以在异质界面处形成空穴注入，从而增加了基体的载流子浓度。同时，其功函数会随其表面端基氧含量的增加而增加，在接触的界面处可以形成能带的弯曲，增强了对低能量载流子的散射，具有典型的表面电荷控制离子输运特性，并表现出优异的阳离子或阴离子选择性，可以有效地改善电荷传输性能。
量子点材料，是一种半径小于或接近于激子波尔半径内新型半导体纳米材料，如石墨烯QDs、SnO2 QDs、黑磷QDs等。量子点材料拥有特殊的多次电子激发效应以及较大的比表面积，还具有宽的激发谱、窄的发射谱以及很好的光稳定性，在钙钛矿器件领域通常作为层间或缓冲层插入，以改善界面的电荷注入与传输，从而提高钙钛矿器件的效率和稳定性。
现有文献中，Agresti等人[J.Nature Materials,2019,18(11).]提出，使用带有不同终端基团的二维金属碳化物(Ti3C2TX MXene)来调节钙钛矿吸收体和TiO2电子传输层(ETL)的功函数。然而，尺寸较小的MXene以及量子点材料的结合更容易改善薄膜钙钛矿太阳能电池(PSCs)中的活性层界面，起着减少钙钛矿层缺陷态密度并提高导电率以及改善电荷传输的作用，但在这篇论文中并没有涉及。同时，文章将重点放在了介孔TiO2作为ETL层时的改进策略，仅仅讨论了一种改性TiO2层的作用，没有对SnO2体系材料进行进一步研究，也不具备量子点结构。
现有文献中，Yingguo Yang等人在文献[Energy Environ.Sci.,2021,14,3447-3454]中提出一种基于MXene量子点改性的纳米晶体SnO2 ETL层，MQDs-SnO2 ETL。然而，这种改性SnO2 ETL层材料为纳米晶体颗粒，不具备量子点结构，也没有展开量子点材料对钙钛矿活性层缺陷的抑制、载流子传输效率提升、器件性能改善的作用与机理研究，同时没有聚焦于钙钛矿层与ETL层之间的埋底界面改进。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种钙钛矿埋底界面材料，可以提升载流子的传输效率，同时提高了钙钛矿薄膜的整体质量，有效地降低了钙钛矿层的缺陷密度。
本发明还提供了所述钙钛矿埋底界面材料的制备方法。
最后，本发明还提供了所述钙钛矿埋底界面材料在器件中的应用，有效地提高了器件的导电性、稳定性以及光电性能，显著降低了钙钛矿层的缺陷与空位。
为了实现上述目的，本发明采用的钙钛矿埋底界面材料，所述钙钛矿埋底界面材料MXene/SnO2 QDs具有纳米级的量子点结构，其具有高的比表面积和丰富的表面官能团(-F、-O、-OH)；
MXene/SnO2 QDs包括Ti3C2TX MXene QDs和SnO2 QDs，Ti3C2TX MXene QDs的Ti元素稀疏地分散在SnO2 QDs的基底表面，其中Sn、O、Ti和C元素的含量分别为20-25％、70-75％、1-2％和0-1％，钛、碳元素的含量相对较低。
作为优选的，将直径3-5nm(002)向的Ti3C2TX MXene量子点与(110)向的SnO2量子点以1:(40-60)的摩尔比混合，主晶面间夹角为[0°,45°]，形成零维的直径在5-10nm的MXene/SnO2混合量子点。Ti3C2TX MXene QDs和SnO2 QDs都为0D量子点材料，两者通过范德华力互相吸引，形成紧密结合的混合量子点。Ti3C2TX MXene QDs中含有带负电荷基团(-F、-OH)，形成负电中心，若干尺寸较小的带正电的SnO2 QDs(正电荷来自于溶液中的Na+、K+等碱金属离子)分布于带负电的Ti3C2TX MXene QDs附近。
具体的，本发明还提供了所述钙钛矿埋底界面材料MXene/SnO2 QDs的制备方法，包括以下步骤：
1)Ti3C2TX MXene QDs的制备：以LiF、Ti3AlC2、HCl水溶液为原料在30-40℃反应20-30h，再经离心水洗、超声分散获得Ti3C2TX纳米片，然后在N2保护环境下，将去离子水与Ti3C2TX纳米片按照质量比1：(0.95-1.00)混合并调节pH值在6-7，然后转入高压釜中加热5-7h，过滤，蒸发浓缩后得到浓度为0.01-0.03mol·L-1的Ti3C2TX MXene QDs溶液；
2)SnO2 QDs的制备：将SnCl2·2H2O样品溶于去离子水中，加入2-5mL的10mol·L-1碱金属卤素盐溶液(采用KCl溶液或其他碱金属卤素盐溶液XY，X为Li、Na、K、Rb、Cs等碱金属元素，Y为F、Cl、Br、I等卤素)，室温下搅拌1-2天，形成澄清淡黄色的浓度为0.12-0.20mol·L-1的SnO2 QDs溶液；
3)MXene/SnO2 QDs的制备：将制备的SnO2 QDs前体溶液与Ti3C2TX MXene QDs溶液在低温下超声处理20-40min，充分混合生成MXene/SnO2 QDs。由于相邻量子点之间的亲水性和静电斥力以及量子点之间的强范德华相互作用，可以很容易地将SnO2 QDs加载到Ti3C2TX MXene QDs表面上。通过超声处理和附加处理，利用不同量子点之间的静电自组装机制，使得带正电荷的SnO2 QDs被带负电荷的Ti3C2TX MXene QDs捕获以完成MXene/SnO2QDs的制备。
具体的，所述步骤1)中Ti3C2TX纳米片的制备采用本课题组的常用制备方法(具体步骤参照中国专利“一种多维异质结导电网状复合薄膜、制备方法及钙钛矿太阳能电池”(公开号CN110970563A))，以LiF、Ti3AlC2、HCl水溶液为原料在30-40℃反应20-30h，再经离心水洗、超声分散获得Ti3C2TX纳米片。
另外，本发明还提供了所述钙钛矿埋底界面材料的应用，所述钙钛矿埋底界面材料作为钙钛矿活性层的埋底材料，位于电子传输层和钙钛矿活性层之间。
本发明还提供了钙钛矿器件，所述钙钛矿器件的电子传输层与钙钛矿活性层之间设有埋底界面材料层，所述埋底界面材料层所述的钙钛矿埋底界面材料制成。
另外，本发明提供了所述的钙钛矿器件的制备方法，其包括以下步骤：
1)清洗基底：取FTO玻璃，洗涤并烘干，接着用UV-臭氧处理；
2)制备电子传输层：在基底上制备电子传输层，厚度15-25nm，接着用UV-臭氧处理；
3)制备埋底界面材料层：在电子传输层上制备埋底界面材料层，厚度20-30nm，继续用UV-臭氧处理；
4)制备钙钛矿活性层：在埋底界面材料层上制备钙钛矿活性层，厚度520-560nm；
5)制备空穴传输层：在钙钛矿活性层上制备空穴传输层，厚度为180-210nm；制备完成后放置于防潮柜中12h以上；
6)制备金属电极：在空穴传输层上制备金属电极，厚度80-100nm。
具体的，上述制备方法中步骤2)电子传输层的制备可使用常用方法，将二氧化锡(IV)15％水胶体分散液用去离子水稀释至一定比例，震荡摇匀后，以3500-4000rpm旋涂30-40s，然后在150-200℃退火20-30min。
优选的，上述制备方法中步骤3)埋底界面材料层的制备中使用本发明所述的新型埋底界面材料MXene/SnO2 QDs，具体可采用如下步骤：
首先将SnO2 QDs溶液和Ti3C2TX MXene QDs溶液以质量比(5-6):1的比例在低温下超声处理20-30min，使其充分混合形成MXene/SnO2 QDs，然后将紫外臭氧处理后的FTO玻璃基底放置在匀胶机中心位上，设置匀胶机首先以500-1000rpm旋转5-10s，然后3000-4000rpm保持25-35s，随后立刻将涂好的FTO摆放在150-200℃的热台上进行退火20-30min后立即转移到玻璃培养皿中，放入手套箱内静待样品降到室温。
优选的，上述制备方法中步骤4)钙钛矿活性层的制备可采用两步沉积法，具体可采用如下步骤：
将PbI2(碘化铅)在DMF(二甲基甲酰胺)/DMSO(二甲基亚砜)混合溶剂中溶解，以1000-2000rpm的速度在ETL上旋涂25-35s，然后在60-80℃下在惰性气氛手套箱中退火1-2min，待PbI2层冷却后，向冷却的基片上注入150-200μL的FAI(甲脒碘)、MABr(甲胺溴)、MACl(甲胺氯)的混合溶液(摩尔比为1：(0.13-0.16)：(0.23-0.26))倒在PbI2层上，同时保持以1000-2000rpm的速度旋转25-35s，然后将所得的样品覆盖上干净的培养皿后转移到湿度为40-60％的环境中，130-170℃退火13-17min。
优选的，上述制备方法中步骤5)空穴传输层(HTL)的制备可采用常用方法，具体步骤是：
将50-60μL HTL前驱体溶液均匀滴涂在钙钛矿薄膜上，然后以3500-4500rpm的转速旋转15-25s，形成HTL层，最后取出样品并储存于干燥箱中(湿度～5％)氧化HTL，该HTL前驱体溶液中含有Spiro-OMeTAD(2,2',7,7'-四-二甲氧基二苯胺-螺芴)粉末、Li-TFSI(双三氟甲磺酰基酰亚胺)的乙腈溶液、tBP(4-叔丁基吡啶，纯度96％)溶液、FK209(钴基双三氟甲烷磺酰亚胺盐)的乙腈溶液，且各含量分别为84-86mg mL-1、15-20mg mL-1、30-40mg mL-1、7-9mg mL-1，一同溶于氯苯溶液中，其中，Li-TFSI的乙腈溶液中Li-TFSI相对于乙腈的含量为500-525mg mL-1；FK209的乙腈溶液中，FK209相对于乙腈的含量为390-415mg mL-1。
本发明的原理：
研究表明，钙钛矿多晶薄膜的上下两个界面通常被认为是缺陷富集的区域，通常情况下，钙钛矿活性层的表面未配合的Pb2+是其空位与缺陷的主要来源，成为限制钙钛矿器件效率提升的主要因素，Pb2+在加热或光照的情况下容易被还原为金属态的Pb0，成为深能级缺陷，严重影响器件的性能以及长期稳定性。本发明所述的Ti3C2TX MXene QDs与其他二维量子点相比具有更强的范德华键，可以有效地填补钙钛矿层埋底界面的空位与缺陷。与SnO2 QDs混合形成的MXene/SnO2 QDs作为器件活性层下方的埋底界面时，Ti3C2TX MXeneQDs中Ti位点上的Ti-OH和Ti-F键等表面官能团，对于钙钛矿层下表面中相关的金属离子(Pb2+)有较高的吸附亲和力，Ti-OH和Ti-F键可以有效地吸附钙钛矿层中多余的Pb2+，减少埋底界面中突出的Pb2+空位，显著减少表面缺陷。同时SnO2 QDs作为一种高性能的电子传输材料(ETM)，可以使ETL的电导率和电荷传输效率显著提高。两者结合形成的MXene/SnO2QDs中两种量子点材料协同作用，有效地提升器件的各项性能。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明采用了改进的不含硫脲的SnO2 QDs制备方法，利用KCl溶液(或其他碱金属卤素盐溶液XY，X为Li、Na、K、Rb、Cs等碱金属元素，Y为F、Cl、Br、I等卤素)，作为添加剂促进水解。制备完成的带正电的SnO2 QDs加入到带负电的Ti3C2TX MXene QDs溶液中时，无需其他成分和额外处理，仅通过超声波处理，带负电的Ti3C2TX MXene QDs可以利用静电自组装机制将带正电的SnO2 QDs捕获，以形成MXene/SnO2 QDs作为钙钛矿活性层的埋底界面材料。
(2)本发明加入MXene/SnO2 QDs埋底界面层改善后的PSCs的冠军PCE达到18.74％，而对应的PCE仅为16.83％，PPDs的响应率接近0.024A·W-1。使用MXene/SnO2 QDs可以有效提高ETL的透光率，降低界面阻抗，增加钙钛矿薄膜的结晶尺寸，优化上钙钛矿层的结晶度，从而实现更多和更快的载流子传输。同时还可以有效的钝化晶界周围的电荷复合中心，本征缺陷密度被有效的控制，载流子传输效率也大大提高。PSCs的长期环境稳定性大大提高，能在30-40％湿度的空气中保持近乎85％的初始性能超过45天，有着可忽略的滞后性和更高的抗湿稳定性。同时，光稳定性和热稳定性也有了明显的提高。
(3)本发明采用了一种有效的界面层修饰的掺杂方式，聚焦于钙钛矿器件活性层下方的界面，使用了一种新型埋底界面材料MXene/SnO2 QDs，有效地提高了器件的导电性、稳定性以及各项性能，显著降低了钙钛矿层的缺陷与空位。为钙钛矿器件的发展提供了新思路，在未来的通信、航天、农业等领域的探测等方面有着广泛的应用前景。
附图说明
图1为SnO2 QDs和Ti3C2TX MXene QDs结合形成MXene/SnO2 QDs的机理图；
图2为基于MXene/SnO2 QDs埋底界面层器件的示意图；(a)为基于MXene/SnO2 QDs埋底界面层器件的结构，(b)为基于MXene/SnO2 QDs埋底界面层器件的截面SEM图像，从下至上依次包含有FTO基底、电子传输层、埋底界面材料层、钙钛矿活性层、空穴传输层、金属电极；
图3为SnO2 QDs和Ti3C2TX MXene QDs的示意图；(a)SnO2 QDs的TEM图像(附图为SAED分析)，(b)a图的HRTEM，(c)Ti3C2TX MXene QDs的TEM图像(附图为SAED分析)，(d)c图的HRTEM；
图4为不同样本PSCs的电流密度-电压曲线(样本A为不使用埋底界面材料的对照组器件，样本B为使用MXene/SnO2 QDs埋底界面材料的器件)；
图5为作为光电探测器(PPDs)时样本B的性能；(a)样本B对应器件的光响应I-T特性图，(b)输入辐照度为1mW·cm-2时样本B对应器件的光电流升降图(在t＝0时刻触发开关)。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过实施例，对本发明进行进一步详细说明。但是应该理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限制本发明的范围。除非另有定义，本文所使用的所有的技术术语和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同，本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
实施例1
一种钙钛矿埋底界面材料MXene/SnO2 QDs的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)Ti3C2TX MXene QDs的制备：以盐酸、LiF、Ti3AlC2为原料在35℃反应20h，再经离心水洗、超声分散获得Ti3C2TX纳米片，然后在N2保护环境下，将去离子水与Ti3C2TX纳米片按照质量比为1：0.96混合并调节pH值为6，然后转入聚四氟乙烯内衬不锈钢高压釜中加热6h，最后采用220nm薄膜过滤，蒸发浓缩后得到Ti3C2TX MXene QDs溶液；
(2)SnO2 QDs的制备：使用改进的不含硫脲的SnO2 QDs合成方法，将1100mgSnCl2·2H2O样品溶于30mL去离子水中，加入2mL的10mol·L-1KCl溶液，并利用磁力搅拌器在室温下进行强烈的磁搅拌，形成乳白色澄清的悬浮液，在反应过程中，将溶液直接暴露在空气中，连续搅拌1天后，得到黄色、透明的SnO2 QDs前体溶液，最后使用前用0.45μm的PTFE过滤器过滤；
(3)MXene/SnO2 QDs的制备：将上述步骤制备的SnO2 QDs前体溶液与Ti3C2TX MXeneQDs溶液按照质量比5:1的比例在低温下超声处理20min，使得溶液充分混合，由于相邻量子点之间的亲水性和静电斥力以及量子点之间的强范德华相互作用，可以很容易地将SnO2QDs加载到Ti3C2TX MXene QDs表面上，通过超声处理和附加处理，利用不同量子点之间的静电自组装机制，使得带正电荷的SnO2 QDs被带负电荷的Ti3C2TX MXene QDs捕获以完成MXene/SnO2 QDs的制备，具体结合机理如图1所示，其中SnO2 QDs的主晶面为(110)平面，Ti3C2TX MXene QDs的主晶面为(002)平面，两主晶面在水平方向上以[0°,45°]范围的夹角互相结合。
基于上述方法利用静电自组装机制形成的混合量子点，称为MXene/SnO2 QDs。通过XPS分析来检测MXene/SnO2 QDs样品，其中所有元素峰值位置已通过表面碳信号进行了校准(284.6eV处)，同时，我们可以通过此XPS测量法测量MXene/SnO2QDs样品中的各元素原子含量。结果显示，Sn、O、Ti和C元素的含量分别为23.07％，74.80％、1.43％和0.70％，表明两者通过相邻量子点间的强范德华作用相互结合，且混合量子点中钛、碳元素的含量相对较低。
为了进一步了解所制备的材料特征，我们通过透射电子显微镜(TEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)对该样本进行比对分析，如图3所示，进一步表征了所制备材料SnO2QDs和Ti3C2TX MXene QDs的晶格特征。在图3(a)和(c)当中，我们可以观察到相互重叠的纳米颗粒，图3(b)和(d)分别为对应的局部放大图。图3(a)插图中电子衍射(SAED)模式所示，衍射环显示出红色虚线标记的SnO2QDs的(101)，(200)和(211)平面。图3(b)插图中，d1＝0.33nm的晶格间距对应于金红石SnO2 QDs相的(110)平面，符合样本的XRD分析。在图3(c)插图电子衍射(SAED)模式所示，衍射环显示出的Ti3C2TX MXene QDs的(002)平面。在图3(d)中，d1＝0.31nm的晶格间距对应于金红石Ti3C2TX MXene QDs相的(002)平面，符合样本的XRD分析，进一步证实了MXene/SnO2 QDs的制备成功。
进一步通过SEM表征分析研究了MXene/SnO2 QDs的表面形貌，Ti3C2TX MXene QDs稀疏地附着在SnO2 QDs表面上，其点状结构均匀分布。可以说明MXene/SnO2 QDs复合ETL样品中Sn，O，C和Ti等元素均分分布。这些均匀的元素分布图可归因于SnO2 QDs有效隔开了Ti3C2TX MXene QDs，证实了Ti3C2TX MXene QDs与SnO2 QDs的相互紧密结合。
实验例2
一种基于本发明所述埋底界面材料MXene/SnO2 QDs的钙钛矿器件的制备方法，包括以下步骤：
1)清洗基底：取FTO玻璃切割成本实验指定尺寸(2cm×1.5cm)，依次用洗洁精水溶液、蒸馏水、DI、丙酮、IPA、乙醇作为清洗剂分别超声清洗10min，放入恒温干燥箱烘干，随后用氮气(N2)枪吹干，接着用UV-臭氧处理15min，用于增强FTO基底的亲水性；
2)制备电子传输层：将二氧化锡(IV)15％水胶体分散液用去离子水稀释至一定比例，震荡摇匀后，以3500rpm旋涂30s，后150℃退火30min，制备的薄膜厚度为25nm；
3)在电子传输层上制备埋底界面材料层，将SnO2 QDs溶液和Ti3C2TX MXene QDs溶液以质量比5:1的比例在低温下超声处理20min，使其充分混合，制备MXene/SnO2 QDs混合物前体溶液；然后将紫外臭氧处理后的FTO玻璃基底放置在匀胶机中心位置上，设置匀胶机首先以500rpm旋转10s，然后3000rpm保持35s，随后立刻将涂好的FTO摆放在150℃的热台上进行退火20min后立即转移到玻璃培养皿中，其薄膜厚度为30nm，然后放入手套箱内静待样品降到室温，制备完成后继续使用UV-臭氧处理；
4)制备钙钛矿活性层：在电子传输层上制备钙钛矿活性层，将PbI2(碘化铅)在DMF(二甲基甲酰胺)/DMSO(二甲基亚砜)混合溶剂中溶解，以1000rpm的速度在ETL上旋涂35s，然后在60℃下在惰性气氛手套箱中退火2min，待PbI2层冷却后，向冷却的基片上注入150μL的FAI(甲脒碘)、MABr(甲胺溴)、MACl(甲胺氯)的混合溶液(摩尔比为1：0.13：0.23)倒在PbI2层上，同时保持以2000rpm的速度旋转35s，然后将所得的样品覆盖上干净的培养皿后转移到湿度为40％的环境中，130℃退火17min，其薄膜厚度为520nm；
5)制备空穴传输层：在钙钛矿活性层上制备空穴传输层，将60μL HTL前驱体溶液均匀滴涂在钙钛矿薄膜上，然后以3500rpm的转速旋转15s，形成HTL层，最后取出样品并储存于干燥箱中(湿度～5％)氧化HTL，该HTL前驱体溶液中含有Spiro-OMeTAD(2,2',7,7'-四-二甲氧基二苯胺-螺芴)粉末、Li-TFSI(双三氟甲磺酰基酰亚胺)的乙腈溶液、tBP(4-叔丁基吡啶，纯度96％)溶液、FK209(钴基双三氟甲烷磺酰亚胺盐)的乙腈溶液，且各含量分别为84mg mL-1、15mg mL-1、30mg mL-1、7mg mL-1，一同溶于氯苯溶液中；其中，Li-TFSI的乙腈溶液中Li-TFSI相对于乙腈的含量为500mg mL-1；FK209的乙腈溶液中，FK209相对于乙腈的含量为390mg mL-1，制成后薄膜厚度为180nm；然后放置于防潮柜中氧化12h以上；
6)制备金属电极：利用真空镀膜机在空穴传输层上制备Au电极，厚度为80nm。
器件结构如图2(a)所示，包括FTO、SnO2 ETL层、MXene/SnO2 QDs埋底界面材料层、Perovskite钙钛矿层、Spiro-OMeTAD HTL层和Au电极。完整器件的SEM截面图如图2(b)所示，本实验例中ETL层、埋底界面材料层、钙钛矿层、HTL层和Au层的厚度分别为25、30、520、180和80nm。
所述钙钛矿器件使用基于上述步骤2)中形成的MXene/SnO2 QDs新型埋底界面材料，称之为样本B；而样本A直接使用去离子水稀释过的SnO2二氧化锡(IV)15％水胶体分散液进行旋涂，不使用埋底界面材料。
对制成的器件进行性能分析：
查阅资料对潜在器件的能级图进行分析，与SnO2相比，MXene/SnO2 QDs的ECBM和EVBM呈现向下变化的趋势，ECBM的下移可以使ETL层从钙钛矿层中提取电子的能力更强，同时EVBM的下移使得ETL层有着更强的抑制空穴朝向FTO层复合的能力。因此样品B可在不抑制空穴传输的情况下更有利于电荷提取和传输，最终实现高性能的PSCs。基于样品A，样品B的ETL的PSCs的典型电流密度-电压曲线显示在图4中。当使用SnQ2作为ETL时，样品的冠军PCE仅有16.83％，而当使用新型埋底界面材料MXene/SnO2 QDs时，样品的PCE显著地升高，最大PCE达到了18.74％。基于上述性能分析，使用MXene/SnO2 QDs作为埋底界面材料的样品B的高PCE值可以归因于新型埋底界面材料的使用和ETL层与钙钛矿层界面的修饰作用使得载流子迁移速率以及上层钙钛矿薄膜质量提高的综合效果。
为了确定新型埋底界面材料的添加对器件中电荷复合动力学的影响，测量了样品A(不使用埋底界面材料)和样品B(使用MXene/SnO2 QDs新型埋底界面材料)的稳态光致发光(PL)光谱和TRPL衰减测量，这两个样品都在785nm附近显示出强峰，样品B的峰弱于样品A，表明MXene/SnO2 QDs作为埋底界面材料的样品B具有更强的电子猝灭和传输能力。同时进行TRPL衰减测量，通过双指数方程以及其拟合曲线计算可以得出，(快速衰减时间)τ1相近，样品B的(缓慢衰减时间)τ2和平均PL衰减时间(τave)相对缩短。较小的τ2和τave值表明钙钛矿/ETL界面的电子萃取效率更高。这意味着在样品B中，ETL与钙钛矿层之间的界面存在更少的缺陷，从侧面也说明了作为一种钙钛矿埋底界面材料，MXene/SnO2 QDs的加入，可以改善器件的ETL层与钙钛矿层之间的界面，大大的减少界面间的缺陷态密度，提升钙钛矿层的结晶质量以及载流子传输效率，有效地提升了器件的各项性能。
实验例3
一种钙钛矿埋底界面材料MXene/SnO2 QDs的制备方法，用于钙钛矿器件的ETL层与钙钛矿层之间，具体包括以下步骤：
(1)Ti3C2TX MXene QDs的制备：以盐酸、LiF、Ti3AlC2为原料在30℃反应30h，再经离心水洗、超声分散获得Ti3C2TX纳米片，然后在N2保护环境下，将去离子水与Ti3C2TX纳米片按照质量比为1：0.97混合并调节pH值为7，然后转入聚四氟乙烯内衬不锈钢高压釜中加热5h，最后采用220nm薄膜过滤，蒸发浓缩后得到Ti3C2TX MXene QDs；
(2)SnO2 QDs的制备：使用改进的不含硫脲的SnO2 QDs合成方法，将1200mgSnCl2·2H2O样品溶于40mL去离子水中，加入3mL的10mol·L-1KCl(或其他碱金属卤素盐)溶液，并利用磁力搅拌器在室温下进行强烈的磁搅拌，形成乳白色澄清的悬浮液，在反应过程中，将溶液直接暴露在空气中，连续搅拌2天后，得到黄色、透明的SnO2 QDs前体溶液(使用前用0.45μm的PTFE过滤器过滤)；
(3)MXene/SnO2 QDs的制备：将上述制备的SnO2 QDs前体溶液与Ti3C2TX MXene QDs溶液按质量比6:1的比例在低温下超声处理30min，使得溶液充分混合，由于相邻量子点之间的亲水性和静电斥力以及量子点之间的强范德华相互作用，可以很容易地将SnO2 QDs加载到Ti3C2TX MXene QDs表面上，通过超声处理和附加处理，利用不同量子点之间的静电自组装机制，使得带正电荷的SnO2 QDs被带负电荷的Ti3C2TX MXene QDs捕获以完成MXene/SnO2 QDs的制备。
基于上述方法利用静电自组装机制形成的混合量子点，称为MXene/SnO2 QDs。通过XPS分析来检测MXene/SnO2 QDs样品，其中所有元素峰值位置已通过表面碳信号进行了校准(284.6eV处)，同时，我们可以通过此XPS测量法测量MXene/SnO2QDs样品中的各元素原子含量。结果显示，Sn、O、Ti和C元素分别为23.87％、74.60％、1.03％和0.50％，表明两者通过相邻量子点间的强范德华作用相互结合，且混合量子点中钛、碳元素的含量相对较低。
本发明中特别提出了一种不含硫脲的SnO2 QDs合成方法，故在本实验例中，我们进一步探讨了采用不同碱金属卤素盐溶液XY制备的器件的各项性能，(X为Li、Na、K、Rb、Cs等碱金属元素，Y为F、Cl、Br、I等卤素)，包括开路电压(Voc)、短路电流(Jsc)、填充因子(FF)、PCE等数据，如下表1所示。结果表明，使用不同方法合成的SnO2 QDs所制备的PSCs器件的性能均较高，其中以KCl溶液作为反应促进剂和稳定剂时，器件的开路电压以及短路电流最高且变化相对较小，填充因子大，器件的性能最佳。
表1采用不同合成方法的PSCs的器件性能(每种ETL类型30个样品)
实验例4
一种基于所述钙钛矿埋底界面材料MXene/SnO2 QDs的钙钛矿器件的制备流程，包括以下步骤：
1)清洗基底：取FTO玻璃切割成本实验指定尺寸(2cm×1.5cm)，依次用洗洁精水溶液、蒸馏水、DI、丙酮、IPA、乙醇作为清洗剂分别超声清洗10min，放入恒温干燥箱烘干，随后用氮气(N2)枪吹干，接着用UV-臭氧处理20min用于增强FTO基底的亲水性；
2)制备电子传输层：将二氧化锡(IV)15％水胶体分散液用去离子水稀释至一定比例，震荡摇匀后，以4000rpm旋涂30s，后200℃退火20min，制备的薄膜厚度为20nm；
3)在电子传输层上制备埋底界面材料层，将SnO2 QDs溶液和Ti3C2TX MXene QDs溶液以质量比6:1的比例在低温下超声处理25min，使其充分混合，来制备MXene/SnO2 QDs混合物前体溶液，然后将紫外臭氧处理后的FTO玻璃基底放置在匀胶机中心位置上，设置匀胶机首先以1000rpm旋转5s，然后4000rpm保持25s，随后立刻将涂好的FTO摆放在200℃的热台上进行退火20min后立即转移到玻璃培养皿中，其薄膜厚度为25nm，然后放入手套箱内静待样品降到室温，制备完成后继续使用UV-臭氧处理；
4)制备钙钛矿活性层：在电子传输层上制备钙钛矿活性层，将PbI2(碘化铅)在DMF(二甲基甲酰胺)/DMSO(二甲基亚砜)混合溶剂中溶解，以2000rpm的速度在ETL上旋涂25s，然后在80℃下在惰性气氛手套箱中退火1min，待PbI2层冷却后，向冷却的基片上注入200μL的FAI(甲脒碘)、MABr(甲胺溴)、MACl(甲胺氯)的混合溶液(摩尔比为1：0.14：0.24)倒在PbI2层上，同时保持以1000rpm的速度旋转25s，然后将所得的样品覆盖上干净的培养皿后转移到湿度为50-60％的环境中，170℃退火13min，其薄膜厚度为560nm；
5)制备空穴传输层：在钙钛矿活性层上制备空穴传输层，将50μL HTL前驱体溶液均匀滴涂在钙钛矿薄膜上，然后以4500rpm的转速旋转15s，形成HTL层，最后取出样品并储存于干燥箱中(湿度～5％)氧化HTL，该HTL前驱体溶液中含有Spiro-OMeTAD(2,2',7,7'-四-二甲氧基二苯胺-螺芴)粉末、Li-TFSI(双三氟甲磺酰基酰亚胺)的乙腈溶液、tBP(4-叔丁基吡啶，纯度96％)溶液、FK209(钴基双三氟甲烷磺酰亚胺盐)的乙腈溶液，且各含量分别为85mg mL-1、17mg mL-1、35mg mL-1、8mg mL-1，一同溶于氯苯溶液中。其中，Li-TFSI的乙腈溶液中Li-TFSI相对于乙腈的含量为515mg mL-1；FK209的乙腈溶液中，FK209相对于乙腈的含量为400mg mL-1，制成后薄膜厚度为200nm；然后放置于防潮柜中氧化12h以上；
6)制备金属电极：利用真空镀膜机在空穴传输层上制备Au电极，厚度为90nm。
器件结构如图2(a)所示，包括FTO、SnO2 ETL层、MXene/SnO2 QDs埋底界面材料层、Perovskite钙钛矿层、Spiro-OMeTAD HTL层和Au电极。完整器件的SEM截面图如图2(b)所示，本实验例中ETL层，埋底界面材料层，钙钛矿层，HTL层和Au层的厚度分别为20、25、560、200和90nm。
所述钙钛矿器件使用基于上述步骤2)中形成的MXene/SnO2 QDs新型埋底界面材料，称之为样本B；而样本A直接使用去离子水稀释过的SnO2二氧化锡(IV)15％水胶体分散液进行旋涂，不使用埋底界面材料。
基于含有上述所述MXene/SnO2 QDs新型埋底界面材料层，使用样本B所得器件结构的钙钛矿光电探测器(PDDs)，并进行性能分析：
如图5所示，在1mW cm-2的光照辐度下，在0V下测量该探测器的光电流。图5(a)的I-T特性光响应曲线表明，该探测器稳定、可靠、可重复性好，光电流随功率密度的增大而增大。由图5(b)的单个周期的放大图看一看出，PPDs的上升时间为54ms，衰减时间为39ms，响应速度较快。进一步分析，利用所得数据计算在0V时的光谱响应率(Rλ)以及探测率(D*)，求得器件的峰值响应率为0.024A/W，波长位于500nm左右，与钙钛矿层的光谱吸收峰相对应，可以看出该结构的PPDs响应度，稳定性及重复性较好。
实验例5
一种钙钛矿埋底界面材料MXene/SnO2 QDs的制备方法，用于钙钛矿器件的ETL层与钙钛矿层之间，具体包括以下步骤：
(1)Ti3C2TX MXene QDs的制备：以盐酸、LiF、Ti3AlC2为原料在35℃反应25h，再经离心水洗、超声分散获得Ti3C2TX纳米片，然后在N2保护环境下，将去离子水与Ti3C2TX按质量比为1：0.98混合并调节pH值为6，然后转入聚四氟乙烯内衬不锈钢高压釜中加热5h，最后采用220nm薄膜过滤，蒸发浓缩后得到Ti3C2TX MXene QDs；
(2)SnO2 QDs的制备：使用改进的不含硫脲的SnO2 QDs合成方法，将1300mgSnCl2·2H2O样品溶于30mL去离子水中，加入5mL的10mol·L-1KCl溶液，并利用磁力搅拌器在室温下进行强烈的磁搅拌，形成乳白色澄清的悬浮液，在反应过程中，将溶液直接暴露在空气中，连续搅拌2天后，得到黄色、透明的SnO2 QDs前体溶液，最后注意使用前用0.45μm的PTFE过滤器过滤；
(3)MXene/SnO2 QDs的制备：将制备的SnO2 QDs前体溶液与Ti3C2TX MXene QDs溶液按照质量比5:1的比例在低温下超声处理40min，使得溶液充分混合，由于相邻量子点之间的亲水性和静电斥力以及量子点之间的强范德华相互作用，可以很容易地将SnO2 QDs加载到Ti3C2TX MXene QDs表面上，通过超声处理和附加处理，利用不同量子点之间的静电自组装机制，使得带正电荷的SnO2 QDs被带负电荷的Ti3C2TX MXene QDs捕获以完成MXene/SnO2QDs的制备。
基于上述所述方法利用静电自组装机制形成的混合量子点，称为MXene/SnO2QDs。通过XPS分析来检测MXene/SnO2 QDs样品，其中所有元素峰值位置已通过表面碳信号进行了校准(284.6eV处)，同时，我们可以通过此XPS测量法测量MXene/SnO2 QDs ETL层样品中的各元素原子含量。结果显示，Sn、O、Ti和C元素分别为23.37％、74.35％、1.53％和0.75％，表明两者通过相邻量子点间的强范德华作用相互结合，且混合量子点中钛、碳元素的含量相对较低。
为了验证MXene/SnO2 QDs埋底界面材料的添加对上层钙钛矿薄膜质量的影响，针对样品的钙钛矿层进行SEM表征。通常来说，钙钛矿层表面都是块状且光滑的。本实验例中，我们观察到钙钛矿晶体的尺寸随MXene/SnO2 QDs的添加而明显变大，样品的平均晶粒尺寸由0.93μm增大为1.05μm。同时，没有MXene/SnO2 QDs界面材料层样品的钙钛矿薄膜的表层会出现针孔状的黑点，表明钙钛矿层晶体的成核受到ETL下方不均匀界面的负面影响。而当埋底界面材料MXene/SnO2 QDs时，其样品上钙钛矿的表面无针孔，且均匀致密，钙钛矿晶体的尺寸也变得更大，表明钙钛矿晶体的成核受到下方均匀致密埋底界面层MXene/SnO2 QDs的正面影响。
实验例6
一种基于埋底界面材料MXene/SnO2 QDs的钙钛矿器件的制备方法，包括以下步骤：
1)清洗基底：取FTO玻璃切割成本实验指定尺寸(2cm×1.5cm)，依次用洗洁精水溶液、蒸馏水、DI、丙酮、IPA、乙醇作为清洗剂分别超声清洗10min，放入恒温干燥箱烘干，随后用氮气(N2)枪吹干，接着用UV-臭氧处理25min用于增强FTO基底的亲水性；
2)制备电子传输层：将二氧化锡(IV)15％水胶体分散液用去离子水稀释至一定比例，震荡摇匀后，以3500rpm旋涂40s，后200℃退火20min，制备的薄膜厚度为20nm；
3)在电子传输层上制备埋底界面材料层，将SnO2 QDs溶液和Ti3C2TX MXene QDs溶液以质量比5:1的比例在低温下超声处理25min，使其充分混合，来制备MXene/SnO2 QDs混合物前体溶液，然后将紫外臭氧处理后的FTO玻璃基底放置在匀胶机中心位置上，设置匀胶机首先以1000rpm旋转10s，然后3000rpm保持35s，随后立刻将涂好的FTO摆放在150℃的热台上进行退火30min后立即转移到玻璃培养皿中，其薄膜厚度为25nm，然后放入手套箱内静待样品降到室温，制备完成后继续使用UV-臭氧处理；
4)制备钙钛矿活性层：在电子传输层上制备钙钛矿活性层，将PbI2(碘化铅)在DMF(二甲基甲酰胺)/DMSO(二甲基亚砜)混合溶剂中溶解，以2000rpm的速度在ETL上旋涂30s，然后在70℃下在惰性气氛手套箱中退火2min，待PbI2层冷却后，向冷却的基片上注入150μL的FAI(甲脒碘)、MABr(甲胺溴)、MACl(甲胺氯)的混合溶液(摩尔比为1：0.15：0.25)倒在PbI2层上，同时保持以1000rpm的速度旋转30s，然后将所得的样品覆盖上干净的培养皿后转移到湿度为40-60％的环境中，150℃退火15min，其薄膜厚度为540nm；
5)制备空穴传输层：在钙钛矿活性层上制备空穴传输层，将50μL HTL前驱体溶液均匀滴涂在钙钛矿薄膜上，然后以4500rpm的转速旋转15s，形成HTL层，最后取出样品并储存于干燥箱中(湿度～5％)氧化HTL，该HTL前驱体溶液中含有Spiro-OMeTAD(2,2',7,7'-四-二甲氧基二苯胺-螺芴)粉末、Li-TFSI(双三氟甲磺酰基酰亚胺)的乙腈溶液、tBP(4-叔丁基吡啶，纯度96％)溶液、FK209(钴基双三氟甲烷磺酰亚胺盐)的乙腈溶液，且各含量分别为86mg mL-1、20mg mL-1、40mg mL-1、9mg mL-1，一同溶于氯苯溶液中，其中，Li-TFSI的乙腈溶液中Li-TFSI相对于乙腈的含量为525mg mL-1；FK209的乙腈溶液中，FK209相对于乙腈的含量为415mg mL-1，制成后薄膜厚度为210nm，然后放置于防潮柜中氧化12h以上；
6)制备金属电极：利用真空镀膜机在空穴传输层上制备Au电极，厚度为100nm。
器件结构如图2(a)所示，包括FTO，SnO2 ETL层，MXene/SnO2 QDs埋底界面材料层，Perovskite钙钛矿层，Spiro-OMeTAD HTL层和Au电极。完整器件的SEM截面图如图2(b)所示，本实验例中ETL层，埋底界面材料层，钙钛矿层，HTL层和Au层的厚度分别为20、25、540、210和100nm。
所述钙钛矿器件使用基于上述步骤2)中形成的MXene/SnO2 QDs新型埋底界面材料，称之为样本B；而样本A直接使用去离子水稀释过的SnO2二氧化锡(IV)15％水胶体分散液进行旋涂，不使用埋底界面材料。
一般情况下，ETL层薄膜的质量由样品的亲疏水特性反映得出，通过比较去离子水与样品基底形成的角度可以表征器件薄膜的质量，样品A(不使用埋底界面材料)和样品B(使用MXene/SnO2 QDs新型埋底界面材料)的倾角分别测量为28°和43°，可以看出样本B具有更好的疏水性，更有利于器件的湿度稳定性，以制造出更高性能的PSCs。此外，我们还通过AFM测量出SnO2 ETL层和MXene/SnO2 QDs埋底界面材料层的3D AFM表面形貌，对比样品A和样本B的AFM图像，均可以观察到高度致密的均匀表面。样品A和样品B的粗糙度均方根值分别为1.28和0.68，这表明样品B薄膜的表面结构更加光滑，说明样本B的MXene/SnO2 QDs埋底界面材料层在ETL层与钙钛矿层之间形成了良好的界面，可以促进结构更加优良的钙钛矿层的形成。
实验例7
一种钙钛矿埋底界面材料MXene/SnO2 QDs的制备方法，用于钙钛矿器件的ETL层与钙钛矿层之间，具体包括以下步骤：
(1)Ti3C2TX MXene QDs的制备：以盐酸、LiF、Ti3AlC2为原料在40℃反应20h，再经离心水洗、超声分散获得Ti3C2TX纳米片，然后在N2保护环境下，将去离子水与Ti3C2TX纳米片按照质量比为1：1混合并调节pH值为7，然后转入聚四氟乙烯内衬不锈钢高压釜中加热7h，最后采用220nm薄膜过滤，蒸发浓缩后得到Ti3C2TX MXene QDs；
(2)SnO2 QDs的制备：使用改进的不含硫脲的SnO2 QDs合成方法，将1200mgSnCl2·2H2O样品溶于30mL去离子水中，加入4mL的10mol·L-1KCl溶液，并利用磁力搅拌器在室温下进行强烈的磁搅拌，形成乳白色澄清的悬浮液，在反应过程中，将溶液直接暴露在空气中，连续搅拌1天后，得到黄色、透明的SnO2 QDs前体溶液，最后使用前用0.45μm的PTFE过滤器过滤；
(3)MXene/SnO2 QDs的制备：将制备的SnO2 QDs前体溶液与Ti3C2TX MXene QDs溶液以质量比6:1的比例在低温下超声处理30min，使得溶液充分混合。由于相邻量子点之间的亲水性和静电斥力以及量子点之间的强范德华相互作用，可以很容易地将SnO2 QDs加载到Ti3C2TX MXene QDs表面上。通过超声处理和附加处理，利用不同量子点之间的静电自组装机制，使得带正电荷的SnO2 QDs被带负电荷的Ti3C2TX MXene QDs捕获以完成MXene/SnO2QDs的制备。
基于上述方法利用静电自组装机制形成的混合量子点，称为MXene/SnO2 QDs。通过XPS分析来检测MXene/SnO2 QDs样品，其中所有元素峰值位置已通过表面碳信号进行了校准(284.6eV处)，同时，我们可以通过此XPS测量法测量MXene/SnO2QDs样品中的各元素原子含量。结果显示，Sn、O、Ti和C元素分别为23.67％、74.50％、1.23％和0.60％，表明两者通过相邻量子点间的强范德华作用相互结合，且混合量子点中钛、碳元素的含量相对较低。
实验例8
一种基于钙钛矿埋底界面材料MXene/SnO2 QDs的钙钛矿器件的制备方法，包括以下步骤：
1)清洗基底：取FTO玻璃切割成本实验指定尺寸(2cm×1.5cm)，依次用洗洁精水溶液、蒸馏水、DI、丙酮、IPA、乙醇作为清洗剂分别超声清洗20min，放入恒温干燥箱烘干，随后用氮气(N2)枪吹干，接着用UV-臭氧处理30min用于增强FTO基底的亲水性；
2)制备电子传输层：将二氧化锡(IV)15％水胶体分散液用去离子水稀释至一定比例，震荡摇匀后，以4000rpm旋涂40s，后150℃退火30min，制备的薄膜厚度为15nm；
3)在电子传输层上制备埋底界面材料层，在基底上制备电子传输层，将SnO2QDs溶液和Ti3C2TX MXene QDs溶液以质量比6:1的比例在低温下超声处理30min，使其充分混合，来制备MXene/SnO2 QDs混合物前体溶液，然后将紫外臭氧处理后的FTO玻璃基底放置在匀胶机中心位置上，设置匀胶机首先以500rpm旋转10s，然后4000rpm保持30s，随后立刻将涂好的FTO摆放在200℃的热台上进行退火30min后立即转移到玻璃培养皿中，其薄膜厚度为20nm，然后放入手套箱内静待样品降到室温，制备完成后继续使用UV-臭氧处理；
4)制备钙钛矿活性层：在电子传输层上制备钙钛矿活性层，将PbI2(碘化铅)在DMF(二甲基甲酰胺)/DMSO(二甲基亚砜)混合溶剂中溶解，以2000rpm的速度在ETL上旋涂30s，然后在80℃下在惰性气氛手套箱中退火1min，待PbI2层冷却后，向冷却的基片上注入150μL的FAI(甲脒碘)、MABr(甲胺溴)、MACl(甲胺氯)的混合溶液(摩尔比为1：0.16：0.26)倒在PbI2层上，同时保持以2000rpm的速度旋转30s，然后将所得的样品覆盖上干净的培养皿后转移到湿度为40-60％的环境中，150℃退火15min，其薄膜厚度为530nm；
5)制备空穴传输层：在钙钛矿活性层上制备空穴传输层，将50μL HTL前驱体溶液均匀滴涂在钙钛矿薄膜上，然后以4500rpm的转速旋转15s，形成HTL层，最后取出样品并储存于干燥箱中(湿度～5％)氧化HTL，该HTL前驱体溶液中含有Spiro-OMeTAD(2,2',7,7'-四-二甲氧基二苯胺-螺芴)粉末、Li-TFSI(双三氟甲磺酰基酰亚胺)的乙腈溶液、tBP(4-叔丁基吡啶，纯度96％)溶液、FK209(钴基双三氟甲烷磺酰亚胺盐)的乙腈溶液，且各含量分别为86mg mL-1、20mg mL-1、40mg mL-1、9mg mL-1，一同溶于氯苯溶液中；其中，Li-TFSI的乙腈溶液中Li-TFSI相对于乙腈的含量为525mg mL-1，FK209的乙腈溶液中，FK209相对于乙腈的含量为415mg mL-1，制成后薄膜厚度为200nm，然后放置于防潮柜中氧化12h以上；
6)制备金属电极：利用真空镀膜机在空穴传输层上制备Au电极，厚度为90nm。
器件结构如图2(a)所示，包括FTO、SnO2 ETL层、MXene/SnO2 QDs埋底界面材料层、Perovskite钙钛矿层、Spiro-OMeTAD HTL层和Au电极。完整器件的SEM截面图如图2(b)所示，本实验例中ETL层、埋底界面材料层、钙钛矿层、HTL层和Au层的厚度分别为15、20、530、200和90nm。
所述钙钛矿器件使用基于上述步骤2)中形成的MXene/SnO2 QDs新型埋底界面材料，称之为样本B；而样本A直接使用去离子水稀释过的SnO2二氧化锡(IV)15％水胶体分散液进行旋涂，不使用埋底界面材料。
为了表征该结构的器件的稳定性，我们从光、水、热、氧等几个方面出发。对此做了四个种类的稳定性测试，如下表2所示：
表2两种样品不同方面的稳定性测试结果
从表中可以看出，相对于样品A(不使用埋底界面材料)，样品B(使用MXene/SnO2QDs新型埋底界面材料)改进过后的器件稳定性更好，样本B的钙钛矿薄膜对光、水、热、氧的侵蚀抵抗能力更强。
本发明给出Ti3C2TX MXene QDs在钙钛矿功能材料中掺杂的应用，相应得到MXene/SnO2 QDs埋底界面材料应用于钙钛矿器件活性层下方的界面，通过MXene/SnO2 QDs改善后的PSCs的冠军PCE达到18.74％，而对应的PCE仅为16.83％，PPDs的响应率接近0.024A·W-1。同时，改善后的器件具有更好的载流子传输效率，更低的缺陷密度，较低的迟滞和良好的稳定性。
本发明实施例所采用的各个原料均可直接采用市售材料，当然也可以参照现有技术的方法自行制备。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.钙钛矿埋底界面材料MXene/SnO2 QDs，其特征在于，所述钙钛矿埋底界面材料MXene/SnO2 QDs具有纳米级的量子点结构；利用静电自组装机制形成的混合量子点，称为MXene/SnO2 QDs，
MXene/SnO2 QDs包括Ti3C2TX MXene QDs和SnO2 QDs，Ti3C2TX MXene QDs的Ti元素分散在SnO2 QDs的基底表面，Sn、O、Ti和C元素的含量分别为20-25%、70-75%、1-2%和0-1%；
所述的钙钛矿埋底界面材料MXene/SnO2 QDs的制备方法，包括以下步骤：
1）Ti3C2TX MXene QDs的制备：以LiF、Ti3AlC2、HCl水溶液为原料在30-40℃ 反应20-30h，再经离心水洗、超声分散获得Ti3C2TX纳米片，然后在N2保护环境下，将去离子水与Ti3C2TX纳米片按照质量比1：（0.95-1.00）混合并调节pH值在6-7，然后转入高压釜中加热5-7 h，过滤，蒸发浓缩后得到浓度0.01-0.03 mol·L-1的Ti3C2TX MXene QDs溶液；
2）SnO2 QDs的制备：将SnCl2·2H2O样品溶于去离子水中，加入2-5 mL的10 mol·L-1碱金属卤素盐溶液，室温下搅拌1-2天，形成澄清淡黄色的浓度为0.12-0.20 mol·L-1的SnO2QDs溶液；
3）MXene/SnO2 QDs的制备：将制备的SnO2 QDs溶液与Ti3C2TX MXene QDs溶液以质量比（5-6）:1的比例在低温下超声处理20-40 min，充分混合生成MXene/SnO2 QDs。
2.权利要求1所述钙钛矿埋底界面材料MXene/SnO2 QDs的应用，其特征在于，所述钙钛矿埋底界面材料MXene/SnO2 QDs作为钙钛矿活性层的埋底材料，位于电子传输层和钙钛矿活性层之间。
3.钙钛矿器件，其特征在于，所述钙钛矿器件的电子传输层与钙钛矿活性层之间设有埋底界面材料层，所述埋底界面材料层由权利要求1所述的钙钛矿埋底界面材料MXene/SnO2 QDs制成。
4.权利要求3所述的钙钛矿器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）清洗基底：取FTO玻璃，洗涤并烘干，接着用UV-臭氧处理；
2）制备电子传输层：在基底上制备电子传输层，厚度15-25 nm，接着用UV-臭氧处理；
3）制备埋底界面材料层：在电子传输层上制备埋底界面材料层，厚度20-30 nm，继续用UV-臭氧处理；
4）制备钙钛矿活性层：在埋底界面材料层上制备钙钛矿活性层，厚度520-560 nm；
5）制备空穴传输层：在钙钛矿活性层上制备空穴传输层，厚度为180-210 nm，制备完成后放置于防潮柜中12 h以上；
6）制备金属电极：在空穴传输层上制备金属电极，厚度80-100 nm。
5.如权利要求4所述的钙钛矿器件的制备方法，其特征在于，所述步骤2）制备电子传输层的步骤为：
将二氧化锡15%水胶体分散液用去离子水稀释至一定比例，震荡摇匀后，以3500-4000rpm旋涂30-40 s，然后150-200 ℃退火20-30 min。
6.如权利要求4所述的钙钛矿器件的制备方法，其特征在于，所述步骤3）制备埋底界面材料层的步骤为：
将SnO2QDs溶液和Ti3C2TX MXene QDs溶液按质量比（5-6）：1的比例在低温下超声处理20-30 min，使其充分混合形成如权利要求1所述的MXene/SnO2 QDs，然后将紫外臭氧处理后的FTO玻璃基底放置在匀胶机中心位上，设置匀胶机首先以500-1000 rpm 旋转5-10s，然后3000-4000 rpm 保持25-35s，随后立刻将涂好的FTO摆放在150-200℃的热台上进行退火20-30 min后，转移到玻璃培养皿中，放入手套箱内静待样品降到室温。
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