本申请涉及光电器件,特别是涉及一种钙钛矿组合结晶材料、光电器件及其制备方法。
背景技术:
1、金属卤化物钙钛矿材料在太阳能电池、发光二极管、激光器、探测器等领域具有十分广阔的应用前景。其中,由于钙钛矿材料具有带隙连续可调(如1.20ev~2.30ev)的特性,因此,其成为叠层太阳能电池中极具潜力的吸光层材料,在叠层太阳能电池中,宽带隙钙钛矿材料由于具有良好的带隙匹配特性从而可以捕获高能光子以减少光能损失,从而可以提高太阳光利用率,提高叠层太阳能电池的光电转换效率。
2、宽带隙钙钛矿材料可以采用元素掺杂制备得到,例如:通过调节钙钛矿材料中卤素离子(如i-,br-,cl-等)获得的混合卤化物钙钛矿材料可以精确地调节材料的光学带隙,但经相关研究表明,混合卤化物钙钛矿薄膜在连续光照下存在着卤化物偏析现象(也即光致相分离现象),例如:富含溴的有机-无机杂化宽带隙钙钛矿,在连续光照下会发生相分离,产生窄带隙富碘相和宽带隙富溴相。富碘相会成为载流子复合中心,产生的载流子在富碘区域会迅速热化并积累,产生较大的开路电压亏损和电流-电压迟滞,以及扰乱预期的电流匹配,从而降低器件性能。同时,通过溶液法制备的某些宽带隙钙钛矿材料(如富溴宽带隙钙钛矿材料)结晶速度非常快,导致结晶度差、缺陷更多和不可逆的微应变,缺陷作为非辐射复合中心同样会阻碍器件性能提高。
3、目前,通常采用引入界面钝化层的方式来抑制光致相分离并钝化缺陷,然而,钝化材料,特别是有机钝化材料在界面处长时间残留会因钝化材料本身的稳定性差而对器件性能产生影响,不利于器件性能的提升。
技术实现思路
1、基于此,有必要提供一种钙钛矿组合结晶材料、光电器件及其制备方法,以提高光电器件的稳定性和其性能的稳定性。
2、第一方面,提供一种钙钛矿组合结晶材料,包括:钙钛矿前驱体材料和添加剂;
3、所述钙钛矿前驱体材料包括:无机卤化物和有机卤化物,所述无机卤化物包括:铅盐和铯盐,有机卤化物包括:甲脒盐,所述添加剂包括:乙酸羟胺;
4、其中,所述添加剂与所述钙钛矿前驱体材料所包含的有机卤化物的质量比为(0.5~15):100;
5、所述无机卤化物、所述有机卤化物和所述添加剂两两之间相互独立;或者,
6、所述有机卤化物和所述添加剂共混,而与所述无机卤化物相互独立。
7、可选地,所述铯盐、所述铅盐和所述甲脒盐之间的摩尔比为(0.1~0.4):1:(0.6~0.9)。
8、可选地,所述钙钛矿前驱体材料满足如下条件中的至少一个:
9、所述铯盐至少包括:csbr;
10、所述铅盐包括:pbi2、pbbr2和pbcl2中的至少一种,所述甲脒盐包括fai、fabr和facl中的至少一种,且所述铅盐和所述甲脒盐至少其中一者包含碘盐。
11、第二方面,提供一种光电器件,包括:基底层,以及设置于所述基底层上的钙钛矿吸光层;所述钙钛矿吸光层至少包括:钙钛矿材料;
12、所述钙钛矿材料包括:abx3,其中,a包括:铯离子和甲脒离子,b包括铅离子,x包括:卤素离子;
13、其中,所述钙钛矿吸光层采用如第一方面所述的钙钛矿组合结晶材料通过两步法制备得到;
14、所述两步法包括:采用蒸镀法形成无机卤化物骨架层的步骤,以及采用溶液法在所述无机卤化物骨架层上形成有机混合层的步骤;所述有机混合层的材料包括:所述有机卤化物和所述添加剂的混合材料。
15、可选地,在所述钙钛矿吸光层中还残留有乙酸羟胺,所述乙酸羟胺在所述钙钛矿吸光层中的残留量与所述钙钛矿组合结晶材料所包含的所述有机卤化物的质量比小于或等于0.1:100。
16、第三方面,提供一种如第二方面所述的光电器件的制备方法,包括:
17、提供如第一方面所述的钙钛矿组合结晶材料;
18、采用蒸镀法,将所述钙钛矿组合结晶材料所包含的无机卤化物沉积在所述基底层上,形成无机卤化物骨架层;
19、制备所述钙钛矿组合结晶材料所包含的有机卤化物和所述添加剂的混合溶液;
20、将所述混合溶液施加在所述无机卤化物骨架层上,形成所述混合溶液的液膜;
21、对所述液膜进行退火,使得所述有机卤化物与所述无机卤化物骨架层发生反应,生成钙钛矿吸光层。
22、可选地,所述铯盐至少包括:csbr;
23、在采用蒸镀法,将所述钙钛矿组合结晶材料所包含的无机卤化物沉积在所述基底层上,形成无机卤化物骨架层时,所述csbr的蒸镀速率为0.3 å/s ~0.8 å/s。
24、可选地,所述铅盐包含pbi2;
25、在采用蒸镀法,将所述钙钛矿组合结晶材料所包含的无机卤化物沉积在所述基底层上,形成无机卤化物骨架层时,所述pbi2的蒸镀速率为1 å/s ~2 å/s。
26、可选地,所述退火包括:预退火和水氧辅助退火。
27、可选地,所述预退火在惰性气体氛围中进行,所述预退火的温度为80℃~100℃,时间为3 min~6min;和/或,
28、所述水氧辅助退火在湿度为30%~40%的空气气氛中进行,所述水氧辅助退火的温度为130℃~170℃,时间为10 min~30min。
29、上述的钙钛矿组合结晶材料、光电器件及其制备方法的有益效果如下:
30、通过将乙酸羟胺和钙钛矿前驱体材料组合,形成该钙钛矿组合结晶材料,在制备光电器件时,通过将乙酸羟胺与钙钛矿前驱体材料所包含的有机卤化物混合并制备成混合溶液,而采用先蒸镀无机卤化物骨架层,再采用溶液法在无机卤化物骨架层上形成有机卤化物和乙酸羟胺的混合溶液的液膜,最后再通过退火即可形成钙钛矿吸光层,而在该钙钛矿吸光层形成过程中,一方面,乙酸羟胺的加入更有利于甲脒离子与卤化铅(如碘化铅)发生反应,从而可以使甲脒离子和铯离子在钙钛矿吸光层分布更加均匀;另一方面,乙酸羟胺本身通过羰基与铅离子络合进行结合,以及通过胺基与卤素离子(如碘离子)和甲脒离子形成氢键,而乙酸羟胺中的乙酸根的吸电子效应加强了胺基与碘离子和甲脒离子的氢键效应,使甲脒离子与胺基形成强的氢键,有利于甲脒离子在钙钛矿吸光层中有序排列,并能够减少卤素离子(如碘离子)迁移,从而更有效地抑制光致相分离并对钙钛矿进行钝化;再一方面,该乙酸羟胺为小分子材料,在后续退火过程中,在调控完成后,乙酸羟胺分子还可以通过分解或挥发去除,从而可以减少乙酸羟胺在界面处残留,进而可以避免长时间残留分解而对器件性能产生影响。
31、综上所述,本申请实施例提供的钙钛矿组合结晶材料在使用时,可以起到抑制光致相分离的作用,提高钙钛矿吸光层的结晶质量,同时,还可以减少钝化材料在界面处的残留,从而可以有效提高器件和其性能的稳定性。
1.一种钙钛矿组合结晶材料,其特征在于,包括:钙钛矿前驱体材料和添加剂;
2.根据权利要求1所述的钙钛矿组合结晶材料,其特征在于,所述铯盐、所述铅盐和所述甲脒盐之间的摩尔比为(0.1~0.4):1:(0.6~0.9)。
3.根据权利要求1或2所述的钙钛矿组合结晶材料,其特征在于,所述钙钛矿前驱体材料满足如下条件中的至少一个:
4.一种光电器件,其特征在于,包括:基底层,以及设置于所述基底层上的钙钛矿吸光层;所述钙钛矿吸光层至少包括:钙钛矿材料;
5.根据权利要求4所述的光电器件,其特征在于,
6.一种如权利要求4~5任一项所述的光电器件的制备方法,其特征在于,包括:
7.根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于,所述铯盐至少包括:csbr;
8.根据权利要求7所述的制备方法,其特征在于,所述铅盐包含pbi2;
9.根据权利要求6~8任一项所述的制备方法,其特征在于,所述退火包括:预退火和水氧辅助退火。
10.根据权利要求9所述的制备方法,其特征在于,所述预退火在惰性气体氛围中进行,所述预退火的温度为80℃~100℃,时间为3 min ~6min;和/或
