一种具有叉指状结构的钙钛矿薄膜及其光电器件

本发明属于光电，具体涉及一种具有叉指状结构的钙钛矿薄膜及其光电器件。

背景技术：

1、近年来，三维钙钛矿被视为最有前景的明星半导体材料之一，广泛应用于光伏电池、光电探测器、发光二极管、激光器等光电器件，但材料本征不稳定性导致器件工作稳定性差，严重阻碍了其商业化发展进程。虽然和三维钙钛矿相比，低维钙钛矿具有更高的耐湿性和光热稳定性，但其薄膜结构的无序或水平排列，导致它们的电学特性远不及传统三维结构的钙钛矿，难以获得较高的器件性能。因此亟需开发一种高效稳定的钙钛矿薄膜结构，实现钙钛矿光电器件效率和稳定性的双提升。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对现有技术的不足提供一种具有叉指状结构的钙钛矿薄膜及其光电器件。

2、本发明的目的是通过以下方式实现的：

3、一种叉指状结构的钙钛矿薄膜，是通过钙钛矿前驱体溶液自组装形成的，形成的钙钛矿薄膜组分中包括三维钙钛矿和低维钙钛矿混合物，其中低维钙钛矿为二维、一维、零维钙钛矿中的任意一种或多种组合；其中，钙钛矿薄膜中组分至少有一种组分形貌是叉指状。

4、优选地，钙钛矿前驱体溶液组分包括至少一种r1x，至少一种ax2，r2x或r2中的至少一种；其中r1为一价阳离子；x为卤素阴离子；a为二价金属阳离子；r2为大尺寸有机胺阳离子。

5、优选地，r1包括但不限于k+，rb+，na+，cs+，ch3nh3+，nh2chnh2+中至少一种；x包括f-，cl-，br-，i-中至少一种；a包括但不限于pb2+，sn2+，cu2+中至少一种；r2包括具有2～50个碳原子的脂肪族烃基、脂环族烃基、芳基或杂环基中至少一种，碳原子上连接胺基、羧基、氰基、巯基、羟基、卤素中的至少一种。

6、优选地，叉指形状是规则形状或不规则叉指形状，或者是两者混合。

7、优选地，叉指状为叉指宽度在0.1～10,000nm之间任意一个或多个组合，叉指高度在0.1～5,000nm之间任意一个或多个组合，叉指与衬底角度在0～180°之间任意一个或多个组合。

8、上述叉指状结构钙钛矿薄膜可以通过旋涂、真空蒸镀、刮涂或者丝网印刷钙钛矿前驱体溶液制备得到。

9、利用上述叉指状结构的钙钛矿薄膜应用于光电器件，包括光伏电池和光电探测器，器件结构从下到上依次为1透明电极衬底、2功能层、3叉指状钙钛矿层、4功能层、5金属电极，其中功能层为电荷传输层或者电荷阻挡修饰层。

10、在平行于电极方向上的低维钙钛矿组分是不连续的，叉指间隙在0～100μm之间至少任意一个数值；在垂直电极方向上存在连续生长的三维钙钛矿组分。

11、本发明提供的叉指结构的钙钛矿薄膜在垂直电极方向上存在连续三维钙钛矿组分为电荷传输提供高速通道，确保了优异的器件性能，并且薄膜中存在的高稳定性低维钙钛矿组分，可钝化三维钙钛矿晶界缺陷，大幅度提升材料本征稳定性，有助于提升器件工作稳定性。

12、与现有技术比较本发明的有益效果：本发明具有叉指状结构的钙钛矿薄膜兼具三维钙钛矿优异光电特性与低维钙钛矿的高稳定性，有利于提升钙钛矿光电器件效率，同时改善器件的工作稳定性。

技术特征：

1.一种叉指状结构的钙钛矿薄膜，其特征在于，所述钙钛矿薄膜是通过钙钛矿前驱体溶液自组装形成的，形成的钙钛矿薄膜组分中包括三维钙钛矿和低维钙钛矿混合物，其中低维钙钛矿为二维、一维、零维钙钛矿中的任意一种或几种组合；其中，钙钛矿薄膜中组分中至少存在一种组分形貌是叉指状。

2.根据权利1要求所述的叉指状结构的钙钛矿薄膜，其特征在于所述的钙钛矿前驱体溶液组分包括至少一种r1x，至少一种ax2，r2x或r2中的至少一种；其中r1为一价阳离子；x为卤素阴离子；a为二价金属阳离子；r2为大尺寸有机胺阳离子。

3.根据权利2要求所述的叉指状结构的钙钛矿薄膜，其特征在于所述的r1包括但不限于k+，rb+，na+，cs+，ch3nh3+，nh2chnh2+中至少一种；x包括f-，cl-，br-，i-中至少一种；a包括但不限于pb2+，sn2+，cu2+中至少一种；r2包括具有2～50个碳原子的脂肪族烃基、脂环族烃基、芳基或杂环基中至少一种，碳原子上连接胺基、羧基、氰基、巯基、羟基、卤素中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的叉指状结构钙钛矿薄膜，其特征在于，所述的叉指形状是规则形状或不规则叉指形状，或者是两者混合。

5.根据权利要求1所述的叉指状结构钙钛矿薄膜，其特征在于，所述的叉指状为叉指宽度在0.1～10,000nm之间任意一个或多个组合，叉指高度在0.1～5,000nm之间任意一个或多个组合，叉指与衬底角度在0～180°之间任意一个或多个组合。

6.根据权利要求1所述的叉指状结构的钙钛矿薄膜，其特征在于所述的叉指状结构钙钛矿薄膜是通过旋涂、真空蒸镀、刮涂或者丝网印刷钙钛矿前驱体溶液制备得到。

7.权利要求1-6任一所述叉指状结构的钙钛矿薄膜在制备光电器件中的应用，所述的光电器件包括光伏电池和光电探测器。

8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于所述的光电器件结构从下到上依次为1透明电极衬底、2功能层、3叉指状钙钛矿层、4功能层、5金属电极，其中功能层为电荷传输层或者电荷阻挡修饰层。

技术总结
本发明公开了一种具有叉指状结构的钙钛矿薄膜及其光电器件，所述钙钛矿薄膜是通过钙钛矿前驱体溶液自组装形成的，形成的钙钛矿薄膜组分中包括三维钙钛矿和低维钙钛矿混合物，其中低维钙钛矿为二维、一维、零维钙钛矿中的任意一种或几种组合；其中，钙钛矿薄膜中组分至少存在一种组分形貌是叉指状。本发明中具有叉指状结构的钙钛矿薄膜兼具三维钙钛矿优异光电特性与低维钙钛矿的高稳定性，有利于提升钙钛矿光电器件效率，同时改善器件的工作稳定性。

技术研发人员：王建浦,李仁志,杨荣,黄维
受保护的技术使用者：南京工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/19