一种液态金属诱导钙钛矿外延生长的方法

本发明属于钙钛矿外延生长，具体涉及一种液态金属诱导钙钛矿外延生长的方法。

背景技术：

1、有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池(pscs)作为一种低成本、高效的光伏技术，近年来引起了研究者的广泛关注。目前，实验室规模的器件认证光电转换效率(pce)已超过26.1％。在各种器件结构中，全印刷的三层介观pscs在成本、大面积制备、图案灵活性和稳定性方面具有独特的优势。然而，最高报道的可印刷介观pscs的pce仅为18.96％，相比平板型结构的器件仍然有很大的提升空间。研究表明，钙钛矿薄膜的结晶度和形貌调控对pscs的优异性能有显著的贡献。但是，由于介孔孔隙的限制，介观pscs中很难获得较大的晶粒，以致器件效率难以提高。而且目前缺乏关于可印刷介观pscs中增大晶粒的研究。因此，开发一种实用策略以实现在介孔薄膜中获得高质量的大晶粒钙钛矿至关重要。

技术实现思路

1、针对上述现有技术的缺点，本发明提出一种液态金属诱导钙钛矿外延生长的方法。

2、为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种液态金属诱导钙钛矿外延生长的方法，包括如下步骤：

3、(1)将液态金属、正十二硫醇分散在溶剂中得到液态金属分散液，将液态金属分散液离心分离，采用溶剂洗涤两次，得到液态金属纳米液；

4、(2)将液态金属纳米液滴加在tio2浆料中，然后丝网印刷在衬底上，退火冷却后得到介孔薄膜；

5、(3)在介孔薄膜上滴加钙钛矿前驱体溶液，退火冷却后得到钙钛矿薄膜。

6、作为本发明的优选实施方案，所述液态金属为液态镓、镓铟合金或镓铟锡合金；所述溶剂为异丙醇、乙醇或甲醇；所述液态金属分散液中液态金属、正十二硫醇、溶剂的体积比为0.2：1.2：50。

7、作为本发明的优选实施方案，所述步骤(1)中，分散的方式为超声；超声过程中温度保持在30±2℃，时间为30-120min，更优选的，所述超声时间为60min。

8、作为本发明的优选实施方案，所述步骤(1)中，离心的转速为2000rpm、5000rpm或7000rpm。

9、作为本发明的优选实施方案，所述步骤(2)中，液态金属纳米液滴加在tio2浆料中，其中液态金属纳米液的浓度为0.5、1.0、2.0或5.0mg/ml；tio2浆料为tio2粉体、乙基纤维素与松油醇按质量比1：0.7：21配制而成。

10、作为本发明的优选实施方案，所述步骤(2)中，退火的温度为500℃，退火时间为40min。退火能够去除tio2薄膜的有机成分，不影响钙钛矿的外延生长。

11、作为本发明的优选实施方案，所述钙钛矿前驱体溶液为甲基碘化胺，碘化铅，甲基氯化胺和氮-甲基甲酰胺的混合溶液。

12、作为本发明的优选实施方案，介孔薄膜上滴加钙钛矿前驱体溶液的量为2-4微升。

13、作为本发明的优选实施方案，所述步骤(3)中，退火的温度为58℃，退火时间为15h。

14、本发明的原理：

15、由于液态金属的自限性氧化及其高温退火，其表面形成一层β相氧化镓，而β相氧化镓具有较多暴露的(111)面，而其(400)面与钙钛矿mapbi3的(110)面在一个161.17°的界面角情况下具有近乎100％的晶格匹配，因此mapbi3很容易外延生长在ga2o3的(111)面上，基于液态金属外延生长的钙钛矿具有立方状的大晶粒，而且由于钙钛矿更容易在液态金属表面形核，因此不受tio2介孔结构的限制，使得晶体生长加强。

16、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

17、(1)外延生长的钙钛矿与氧化镓形成的异质界面具有良好的电子传输性能，而且抑制空穴传输，进而减少载流子复合，提高钙钛矿太阳能电池效率。

18、(2)本发明通过液态金属纳米液滴外延生长卤化物钙钛矿使得钙钛矿薄膜大晶粒化，即使在介孔薄膜中也能获得大的钙钛矿晶体，导致全印刷钙钛矿太阳能电池获得超过19％的效率，为全印刷结构的最高效率，在光电子器件领域具有很高的应用价值。

技术特征：

1.一种液态金属诱导钙钛矿外延生长的方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.如权利要求1所述液态金属诱导钙钛矿外延生长的方法，其特征在于，所述液态金属为液态镓、镓铟合金或镓铟锡合金；所述溶剂为异丙醇、乙醇或甲醇；所述液态金属分散液中液态金属、正十二硫醇、溶剂的体积比为0.2：1.2：50。

3.如权利要求1所述液态金属诱导钙钛矿外延生长的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，分散的方式为超声；超声过程中温度保持在30±2℃，时间为30-120min。

4.如权利要求1所述液态金属诱导钙钛矿外延生长的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，离心的转速为2000rpm、5000rpm或7000rpm。

5.如权利要求1所述液态金属诱导钙钛矿外延生长的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，液态金属纳米液滴加在tio2浆料中，混合后的浆料中液态金属纳米液的浓度为0.5、1.0、2.0或5.0mg/ml。

6.如权利要求1所述液态金属诱导钙钛矿外延生长的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，退火的温度为500℃，退火时间为40min。

7.如权利要求1所述液态金属诱导钙钛矿外延生长的方法，其特征在于，所述钙钛矿前驱体溶液为甲基碘化胺、碘化铅、甲基氯化胺和n-甲基甲酰胺的混合溶液。

8.如权利要求1所述液态金属诱导钙钛矿外延生长的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，退火的温度为58℃，退火时间为15h。

技术总结
本发明公开了一种液态金属诱导钙钛矿外延生长的方法，属于钙钛矿外延生长技术领域。所述方法包括将液态金属、正十二硫醇分散在溶剂中，然后离心分离，采用溶剂洗涤得到液态金属纳米液；将液态金属纳米液滴加在TiO<subgt;2</subgt;浆料中，然后丝网印刷在衬底上，退火冷却后得到介孔薄膜；在介孔薄膜上滴加钙钛矿前驱体溶液，退火冷却后得到钙钛矿薄膜。本发明外延生长的钙钛矿与氧化镓形成的异质界面具有良好的电子传输性能，而且抑制空穴传输，进而减少载流子复合，并且通过液态金属纳米液滴外延生长钙钛矿使得钙钛矿薄膜大晶粒化，即使在介孔薄膜中也能获得大的钙钛矿晶体，导致全印刷钙钛矿太阳能电池获得超过19％的效率，在光电子器件领域具有很高的应用价值。

技术研发人员：赵建红,张裕敏,周桐,柳清菊,张瑾
受保护的技术使用者：云南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/7/4