一种钙钛矿介孔玻璃的制备方法及其应用与流程

1.本发明涉及材料及其制备领域，具体涉及一种钙钛矿介孔玻璃的制备方法及其应用。


背景技术：

2.近几年来，钙钛矿材料因为其毒性低、合成简单及优异的光学特性备受关注，基于钙钛矿材料的电致发光二极管的外量子效率短时间内已经达到有机发光二极管的发光效率，可见钙钛矿材料在发光领域的发展潜力。在制备器件的过程中，钙钛矿薄膜可以通过简易的溶液法即可沉积到目标基底上，但因为钙钛矿的水氧敏感性导致其成膜后稳定性较差，发光性能极易衰减。
3.现有技术中，作为psc中最热门的一类—mpsc。在其结构中，介孔层材料起到了关键性作用，不仅作为骨架层为钙钛矿光吸收材料的生长提供了多孔基底，有效地改善钙钛矿薄膜的均匀性，抑制针孔缺陷形成。而且有利于电荷传输，有效地减弱了离子迁移，从而消除迟滞效应。因此，介孔层可为钙钛矿光吸收材料的生长提供多孔基底，从而有效地改善钙钛矿薄膜层的均匀性，同时还能抑制针孔缺陷的形成，避免器件内部漏电。
4.因此，如何解决钙钛矿的水氧敏感性导致的成膜后稳定性差引起的发光性能衰减的问题，实现对于钙钛矿光学性能的保护，同时有效利用介孔层改善电子传输能力，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

5.本发明的第一个目的在于：针对现有技术中钙钛矿成膜稳定性差、发光性能衰减的问题，提供一种钙钛矿介孔玻璃的制备方法。
6.为此，本发明的上述目的通过以下技术方案实现：一种钙钛矿介孔玻璃的制备方法，包括以下步骤：
7.步骤一，制备钙钛矿前驱体溶液：钙钛矿前驱材料卤化铅溶解于有机溶剂中形成第一钙钛矿前驱液；钛矿前驱卤化铯溶解于有机溶剂甲醇中，形成第二钙钛矿前驱液；
8.步骤二，在第一钙钛矿前驱体溶液中浸泡介孔玻璃，待介孔玻璃自吸附钙钛矿前驱体溶液在介孔结构后，对介孔玻璃进行真空退火；
9.步骤三，将步骤一中干燥后的介孔玻璃浸泡至第二钙钛矿前驱液，待第二钙钛矿前驱液被吸收后，干燥后形成钙钛矿介孔玻璃。
10.在采用上述技术方案的同时，本发明还可以采用或者组合采用如下技术方案：
11.作为本发明的优选技术方案：所述介孔玻璃选用al2o
3-sio2介孔玻璃，平均介孔直径分布在3～8nm。
12.作为本发明的优选技术方案：将钙钛矿前驱体材料卤化铅溶解于有机溶剂中，摩尔浓度为0.2-0.5m，磁力搅拌使充分溶解后形成第一钙钛矿前驱液。
13.作为本发明的优选技术方案：前驱体材料2卤化铯溶解于有机溶剂甲醇中，摩尔浓
度为0.2-0.5m。
14.作为本发明的优选技术方案：步骤二中，介孔玻璃浸泡在第一钙钛矿前驱溶中1-5分钟。
15.作为本发明的优选技术方案：步骤二中，吸收第一钙钛矿前驱液的介孔玻璃真空条件下进行干燥处理，干燥温度50-80摄氏度；
16.步骤三中，吸收第二钙钛矿前驱液的介孔玻璃真空条件下进行干燥处理，干燥温度50-80摄氏度。
17.本发明第二个目的在于，针对现有技术中存在的不足，提供钙钛矿介孔玻璃的应用。
18.为此，本发明的上述目的通过以下技术方案实现：
19.一种钙钛矿介孔玻璃的应用，制备的介孔玻璃应用于光电器件。
20.本发明提供钙钛矿介孔玻璃的制备方法及其应用，利用介孔玻璃的自吸附效应，将钙钛矿前驱体溶液吸附在介孔结构内，通过真空退火处理，实现钙钛矿材料与基底材料直接结合，直接生成了钙钛矿晶体；本发明的钙钛矿介孔玻璃的制备方法，省去了钙钛矿材料通过溶液法制备钙钛矿膜的二次成膜过程，避免其成膜过程中因空气降解造成成膜不均匀，影响钙钛矿成膜后的稳定性，影响发光性能，进而保护钙钛矿材料，提高了稳定性。本发明提供的钙钛矿介孔玻璃的制备过程，制备方法简单，操作方便，便于推广应用，制备获得的钙钛矿介孔玻璃，吸光能力增强，电子传输能力得到有效改善，为提高钙钛矿光电器件提供了一种新的思路和方法。
附图说明
21.图1为本发明的钙钛矿介孔玻璃的制备方法的流程示意图；
22.图2为钙钛矿介孔玻璃自然光下及紫外光下对比图；
23.图3为钙钛矿介孔玻璃发射光谱图；
24.图4为介孔玻璃及钙钛矿介孔玻璃的xrd；
25.图5为钙钛矿介孔玻璃tem；
26.图6为钙钛矿介孔玻璃tem；
27.图7为红色钙钛矿介孔玻璃荧光发射光谱。
具体实施方式
28.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细地描述。
29.结合图1所示，本发明的一种钙钛矿介孔玻璃的制备方法，包括以下步骤：
30.步骤一，制备钙钛矿前驱体溶液：钙钛矿前驱材料卤化铅溶解于有机溶剂中形成第一钙钛矿前驱液；钛矿前驱卤化铯溶解于有机溶剂甲醇中，形成第二钙钛矿前驱液；
31.步骤二，在第一钙钛矿前驱体溶液中浸泡介孔玻璃，待介孔玻璃自吸附钙钛矿前驱体溶液在介孔结构后，对介孔玻璃进行真空退火；
32.步骤三，将步骤一中干燥后的介孔玻璃浸泡至第二钙钛矿前驱液，待第二钙钛矿前驱液被吸收后，干燥后形成钙钛矿介孔玻璃。
33.所述介孔玻璃选用al2o
3-sio2介孔玻璃，平均介孔直径分布在3～8nm。本发明中，
利用绝缘材料al
2 o3能量损失极少的特性，复核效率最高的mpsc的介孔层材料tio2，这两种材料的复合，提供了一种高效稳定、高电子迁移率的介孔层。
34.将钙钛矿前驱体材料卤化铅溶解于有机溶剂中，摩尔浓度为0.2-0.5m，磁力搅拌使充分溶解后形成第一钙钛矿前驱液。
35.前驱体材料2卤化铯溶解于有机溶剂甲醇中，摩尔浓度为0.2-0.5m。
36.步骤二中，介孔玻璃浸泡在第一钙钛矿前驱溶中1-5分钟。
37.步骤二中，吸收第一钙钛矿前驱液的介孔玻璃真空条件下进行干燥处理，干燥温度50-80摄氏度；
38.步骤三中，吸收第二钙钛矿前驱液的介孔玻璃真空条件下进行干燥处理，干燥温度50-80摄氏度。
39.本发明的一种钙钛矿介孔玻璃的制备方法，通过介孔玻璃的自吸附效应，将钙钛矿前驱体材料溶液吸附在介孔结构内，通过真空退火处理，即可使钙钛矿发生结晶发光。这样，既可原位在玻璃基底内生长钙钛矿纳米晶，也可对内部钙钛矿纳米晶起到保护作用。
40.本发明采用al2o
3-sio2介孔玻璃，平均介孔直径分布为3～8nm。
41.本发明中采用溶液法制备钙钛矿材料，首先制备钙钛矿前驱体溶液，将钙钛矿前驱体材料卤化铅溶解于有机溶剂中，摩尔浓度为0.2-0.5m，磁力搅拌使充分溶解。将前驱体材料卤化铯溶解于有机溶剂甲醇中，摩尔浓度为0.2-0.5m，放置备用。
42.将介孔玻璃浸入前驱体溶液1中，浸泡1-5分钟。待前驱体溶液1吸附至介孔玻璃内部后，取出介孔玻璃，在真空条件下进行干燥处理，温度为50-80摄氏度，使介孔玻璃内溶剂完全挥发。
43.将干燥后的介孔玻璃再浸泡至钙钛矿前驱体材料2中，待完全吸附后，取出真空干燥，温度为50-80摄氏度。
44.本发明制备的钙钛矿介孔玻璃，应用于光电器件。
45.本发明中，为解决钙钛矿稳定性问题，将钙钛矿材料填充在介孔玻璃中，该方法既能直接将钙钛矿材料与基底材料结合，省去二次成膜工艺，又可以对钙钛矿材料起到保护作用，提高了稳定性。
46.实施例1制备蓝绿色钙钛矿介孔玻璃
47.结合图2-图6所示，将367mg溴化铅溶解于2ml二甲基亚砜溶液中，摩尔浓度0.5m，60℃磁力搅拌30分钟以上，使充分溶解；将212mg溴化铯溶解于5ml甲醇溶剂中摩尔浓度0.2m，60℃磁力搅拌30分钟以上混合均匀，材料备用；将介孔平均尺寸为3nm介孔玻璃浸入溴化铅前驱液中，静置1小时，取出，在70℃真空干燥箱中真空干燥10分钟；再将干燥后含有溴化铅的介孔玻璃浸泡入溴化铯前驱液中，静置1小时，待自吸附完全后，取出，在70℃真空干燥箱中真空干燥10分钟。
48.实验结果：如图2所示，干燥后的钙钛矿介孔玻璃自然光下呈黄色透明状，如图3所示，紫外灯照射下发蓝绿光，发射峰位497纳米。对其进行x射线衍射谱测试，如图4所示，观察到介孔玻璃的xrd图谱没有明显的衍射峰，而合成的钙钛矿介孔玻璃具有尖锐的衍射峰信号，证明介孔玻璃内的钙钛矿纳米晶具有高的结晶度。对其进行透射电镜测试(tem)，如图5所示，能明显观察到填充钙钛矿前的介孔玻璃内部存在介孔结构，如图6所示，填充钙钛矿后，介孔玻璃内有明显的钙钛矿纳米晶体。
49.实施例2红色钙钛矿介孔玻璃
50.本实施例中，可以通过调节卤族元素的比例，制备不同颜色的钙钛矿介孔玻璃。将461mg碘化铅共同溶解于2ml二甲基亚砜溶液中，60℃磁力搅拌30分钟以上，使充分溶解；将260mg碘化铯溶解于5ml甲醇溶剂中，60℃磁力搅拌30分钟以上使充分溶解，材料备用；将介孔平均尺寸为5nm介孔玻璃浸入溴化铅和碘化铅混合的前驱液中，静置1小时后，取出，在70℃真空干燥箱中真空干燥10分钟；再将干燥后含有碘化铅的介孔玻璃浸泡入碘化铯前驱液中，静置1小时，待自吸附完全后，取出，在70℃真空干燥箱中真空干燥10分钟。
51.图7，加入碘化铅后，干燥后的钙钛矿介孔玻璃在紫外灯照射下发红光，荧光发射峰位631纳米。
52.上述具体实施方式用来解释说明本发明，仅为本发明的优选实施例，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改、等同替换、改进等，都落入本发明的保护范围。