一种调节钙钛矿结晶速率的制备方法及其柔性器件

本发明涉及到钙钛矿太阳能电池，尤其涉及到一种调节钙钛矿结晶速率的制备方法及其柔性器件。

背景技术：

1、钙钛矿太阳能电池因其低成本和优异的光电性能，而被广泛应用在可再生清洁能源的光伏器件中。

2、钙钛矿晶体极易受环境中的水和氧气的影响，导致钙钛矿发生分解，并且伴随着持续光照和高温，离子晶体类型的钙钛矿材料极易发生离子迁移，导致大量的阳离子，阴离子空位出现。再是钙钛矿材料内部大量的碘化铅同样会导致钙钛矿结构的崩塌，这些内部与外部原因均加剧了钙钛矿材料的降解，最终导致钙钛矿太阳能电池的不稳定。

3、重要的是，钙钛矿薄膜从前驱体溶液中快速结晶通常会在多晶钙钛矿表面产生小晶粒、过多晶界和大量缺陷，从而导致严重的复合行为并加速钙钛矿的分解。

4、此外，所制备的柔性钙钛矿太阳能电池也与小型医疗设备实现了广泛连用，例如：血压仪、血氧仪和心率仪等设备。

5、因此，亟需一种能够解决上述一种或多种问题的调节钙钛矿结晶速率的制备方法及其柔性器件。

技术实现思路

1、为解决现有技术中存在的一种或多种问题，本发明提供了一种调节钙钛矿结晶速率的制备方法及其柔性器件。本发明为解决上述问题采用的技术方案是：一种调节钙钛矿结晶速率的制备方法，其包括以下步骤：s010，提供柔性导电基底；

2、s020，在所述柔性导电基底表面制备电子传输层；

3、s030，在所述电子传输层表面制备钙钛矿层，所述钙钛矿层包括：钙钛矿本体和cof材料，所述cof材料为：聚萘二胺和二吡啶-2，3-萘二胺中的任意一种；

4、s040，在所述钙钛矿层表面制备空穴传输层；

5、s050，在所述空穴传输层表面制备电极。

6、在一些实施例中，在所述钙钛矿层中，聚萘二胺或二吡啶-2，3-萘二胺的质量占比为0.01-1％。

7、在一些实施例中，所述钙钛矿本体为abx3，其中，a包括甲胺根阳离子、甲脒根阳离子；b包括铅阳离子；x包括氯阴离子和碘阴离子。

8、在一些实施例中，s030中制备所述钙钛矿层的步骤为：提供碘化铅与聚萘二胺或二吡啶-2，3-萘二胺的混合溶液，提供有机卤化物溶液；

9、将碘化铅与聚萘二胺或二吡啶-2，3-萘二胺的混合溶液旋涂于所述电子传输层表面，然后进行第一退火处理，得到碘化铅层；

10、将有机卤化物溶液旋涂于所述碘化铅层的表面，然后进行第二退火处理，得到所述钙钛矿层。

11、进一步地，碘化铅与聚萘二胺或二吡啶-2，3-萘二胺的混合溶液的制备方法为：将碘化铅溶解于溶剂中，得到碘化铅溶液；

12、在所述碘化铅溶液中加入聚萘二胺或二吡啶-2，3-萘二胺，得到碘化铅与聚萘二胺或二吡啶-2，3-萘二胺的混合溶液；

13、其中，所述溶剂为n，n-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、n-甲基吡咯烷酮中的一种或多种。

14、进一步地，在碘化铅与聚萘二胺或二吡啶-2，3-萘二胺的混合溶液中，碘化铅的加入量为0.8-2mol，聚萘二胺或二吡啶-2，3-萘二胺的加入量为0.05-5mg。

15、进一步地，在将碘化铅与聚萘二胺或二吡啶-2，3-萘二胺的混合溶液旋涂于所述电子传输层表面的步骤中，旋涂的参数为：转速为1000-2500r/s，时间为40-90s；

16、在将有机卤化物溶液旋涂于所述碘化铅层的表面的步骤中，旋涂的参数为：转速为1000-2500r/s，时间为60-120s。

17、进一步地，所述第一退火处理的参数包括：温度为60-100℃，时间为50-100s；

18、所述第二退火处理的参数包括：温度为100-150℃，时间为1200-3600s。

19、进一步地，所述有机卤化物溶液为含甲脒碘、甲胺碘和甲胺氯的溶液。

20、以及一种柔性器件，所述柔性器件通过上述任意一种调节钙钛矿结晶速率的制备方法进行制作。

21、本发明取得的有益价值是：在碘化铅层中引入共价有机框架(cof)材料：聚萘二胺(s-pdan)或二吡啶-2，3-萘二胺(s-bpydan)，这两者cof材料，从它们的结构来看，均含有氰基(-cn)以及苯并噻二唑，这使得这两种结构均能与铅离子和碘离子产生相互作用，能有效抑制钙钛矿表面的离子迁移，钝化钙钛矿表面的空位缺陷，从而增加钙钛矿器件的稳定性。

22、再是结合图2所示，通过原位uv-vis表征发现，添加了cof材料聚萘二胺(s-pdan)或二吡啶-2，3-萘二胺(s-bpydan)后，改性的钙钛矿薄膜的结晶速率明显减缓，延缓其成核速率，从而生长少晶界，大晶粒的钙钛矿薄膜。

23、通过xrd测试，说明cof材料的引入能有效促进碘化铅向钙钛矿的转化，提升其稳定性；并且cof层的有序框架和强π-π相互作用促进了电荷分离和传输，并能作为骨架阻止钙钛矿材料的分解，提高钙钛矿材料的稳定性，最终使得所制备的柔性钙钛矿太阳能电池展示出优异的光电转化效率与稳定性。

24、采用两步旋涂技术制备钙钛矿层，并在第一步中使用聚萘二胺(s-pdan)或二吡啶-2，3-萘二胺(s-bpydan)对碘化铅层进行改性，能有效形成多孔状碘化铅层，这更有利于第二步有机卤化物溶液的渗透，有效促进碘化铅向钙钛矿的转化，控制薄膜中碘化铅的含量，并且有效延缓钙钛矿的结晶速率，生长大晶粒的钙钛矿薄膜，提升器件的光电转化效率。

技术特征：

1.一种调节钙钛矿结晶速率的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：s010，提供柔性导电基底；

2.根据权利要求1所述的一种调节钙钛矿结晶速率的制备方法，其特征在于，在所述钙钛矿层中，聚萘二胺或二吡啶-2，3-萘二胺的质量占比为0.01-1％。

3.根据权利要求1所述的一种调节钙钛矿结晶速率的制备方法，其特征在于，所述钙钛矿本体为abx3，其中，a包括甲胺根阳离子、甲脒根阳离子；b包括铅阳离子；x包括氯阴离子和碘阴离子。

4.根据权利要求1所述的一种调节钙钛矿结晶速率的制备方法，其特征在于，s030中制备所述钙钛矿层的步骤为：提供碘化铅与聚萘二胺或二吡啶-2，3-萘二胺的混合溶液，提供有机卤化物溶液；

5.根据权利要求4所述的一种调节钙钛矿结晶速率的制备方法，其特征在于，碘化铅与聚萘二胺或二吡啶-2，3-萘二胺的混合溶液的制备方法为：将碘化铅溶解于溶剂中，得到碘化铅溶液；

6.根据权利要求5所述的一种调节钙钛矿结晶速率的制备方法，其特征在于，在碘化铅与聚萘二胺或二吡啶-2，3-萘二胺的混合溶液中，碘化铅的加入量为0.8-2mol，聚萘二胺或二吡啶-2，3-萘二胺的加入量为0.05-5mg。

7.根据权利要求4所述的一种调节钙钛矿结晶速率的制备方法，其特征在于，在将碘化铅与聚萘二胺或二吡啶-2，3-萘二胺的混合溶液旋涂于所述电子传输层表面的步骤中，旋涂的参数为：转速为1000-2500r/s，时间为40-90s；

8.根据权利要求4所述的一种调节钙钛矿结晶速率的制备方法，其特征在于，所述第一退火处理的参数包括：温度为60-100℃，时间为50-100s；

9.根据权利要求4所述的一种调节钙钛矿结晶速率的制备方法，其特征在于，所述有机卤化物溶液为含甲脒碘、甲胺碘和甲胺氯的溶液。

10.一种柔性器件，其特征在于，所述柔性器件通过权利要求1-9中任意一项所述的一种调节钙钛矿结晶速率的制备方法进行制作。

技术总结
本发明公开了一种调节钙钛矿结晶速率的制备方法，其包括以下步骤：S010，提供柔性导电基底；S020，在所述柔性导电基底表面制备电子传输层；S030，在所述电子传输层表面制备钙钛矿层，所述钙钛矿层包括：钙钛矿本体和COF材料，所述COF材料为：聚萘二胺和二吡啶‑2，3‑萘二胺中的任意一种；S040，在所述钙钛矿层表面制备空穴传输层；S050，在所述空穴传输层表面制备电极。以及公开了通过此方法制备的柔性器件。实现提高钙钛矿材料的稳定性，使得所制备的柔性钙钛矿太阳能电池展示出优异的光电转化效率与稳定性。

技术研发人员：马静,裴国献,王林,苏秀云
受保护的技术使用者：南方科技大学医院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15