一种提高CH3NH3PbX2I薄膜环境稳定性的方法与流程

本发明属于有机光电材料的制备领域。

背景技术：

近期，基于CH₃NH₃PbI₃的有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池的研发受到高度关注。在过去的五年里，钙钛矿太阳能电池的光电转化效率从3.8％飙升到20.1％。最近的研究表明，在相对湿度(RH)25％环境中，在57天后，有机-无机杂化钙钛矿CH₃NH₃PbI₃薄膜吸收会衰减到其原始值的一半。因此，提高有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池的环境稳定性成为该领域研究的重点和热点问题之一。为了提高有机-无机杂化钙钛矿薄膜稳定性，其中的方法之一是将有机-无机杂化钙钛矿内部吸附的水分子脱吸附。例如，陈等课题组研究表明，采用化学气相传输法控制钙钛矿薄膜成分的纯度和形貌，所制备的钙钛矿薄膜太阳能电池环境稳定性显著提高，在高相对湿度40％环境中100天内无衰减。韩课题组采用碳纳米管薄膜作为保护层保护CH₃NH₃PbI₃薄膜，光电转换效率(PCE)超过40天仍高达12.3％。提高CH₃NH₃PbI₃材料稳定性的另外一种方法是在CH₃NH₃PbI₃内掺杂溴原子，如所制备的(FAPbI₃)_0.85(MAPbBr)_0.15在中等潮湿环境条件下钙钛矿薄膜的稳定性有明显改善。因此，探究如何提高有机-无机杂化钙钛矿薄膜稳定性的方法在钙钛矿光伏电器件中具有较好的潜在应用价值。

技术实现要素：

本发明的目的在于一种提高CH₃NH₃PbX₂I薄膜环境稳定性的方法。

本发明的技术方案如下：

1)将PbX₂溶解于有机溶剂中，配置成溶液，PbX₂中的X代表卤素元素中的一种或者组合；

2)将聚烯烃多孔膜浸泡在上述PbX₂的有机溶液中，静止；

3)将浸泡后的聚烯烃多孔膜真空干燥；

4)将CH₃NH₃I溶解在有机溶剂中，配制成溶液；

5)将干燥后的聚烯烃多孔薄膜浸泡在CH₃NH₃I溶液中，静止，取出；

6)将取出的上述薄膜放置在两块玻璃片之间，然后将夹有聚烯烃/CH₃NH₃PbX₂I多孔薄膜的玻璃片放置在真空烘箱内，在一定的压力下进行退火处理；

7)将玻璃片打开，取出所制备的聚烯烃多孔膜为支架的有机-无机杂化钙钛矿复合薄膜。

本发明以溶液浸泡两步法制备了以聚烯烃多孔膜为支架的有机-无机杂化钙钛矿复合薄膜，该复合薄膜在一定的压力下进行退火处理，该薄膜的结晶度显著提高，薄膜的环境稳定性显著改善。一种提高CH₃NH₃PbX₂I薄膜环境稳定性的方法在钙钛矿太阳能电池器件中有较好的潜在应用价值。该方法工艺简单，操作简便，制备条件易控，易于工业化生产。

本发明所用的有机溶剂为N，N-二甲基甲酰胺、丁内酯、N-甲基吡咯烷酮、异丙醇、二甲基亚砜、过氧化二碳酸二异丙酯中的一种或者混合溶剂。

本发明所用的聚烯烃多孔膜为聚乙烯多孔薄膜、聚丙烯多孔薄膜、聚偏氟乙烯多孔薄膜中的一种或者组合。

本发明中的PbX₂中的X代表碘、溴、氯原子中的一种或者组合。

本发明中复合钙钛矿薄膜的退火温度为100℃，压力为6-10kPa，时间为20-80min。

附图说明

图1为实施例1所制备的多孔聚丙烯基CH₃NH₃PbX₂I复合薄膜SEM图；

图2为实施例1所制备的在不同的退火时间下制备的多孔聚丙烯基CH₃NH₃PbX₂I复合薄膜XRD图。

具体实施方式

【例1】

称取0.80g碘化铅溶于5ml洁净的试剂瓶中，加入20ml N，N-二甲基甲酰胺混合均匀并充分溶解。将CH₃NH₃I溶解在异丙醇中配置10mg/ml的溶液。将聚乙烯多孔膜薄膜浸泡在碘化铅的N，N-二甲基甲酰胺溶液中10分钟，取出，将浸泡后的聚乙烯多孔膜在80℃下真空干燥5分钟。将干燥后的碘化铅/聚乙烯多孔膜复合薄膜浸泡在CH₃NH₃I的异丙醇溶液中5分钟，将复合薄膜取出后放置在两块玻璃片之间，然后将夹有聚乙烯/CH₃NH₃PbI₃多孔复合薄膜的玻璃片放置在真空烘箱内，在6kPa的压力下，100℃退火处理40min。然后将玻璃片打开，取出所制备的聚乙烯多孔膜为支架的有机-无机杂化钙钛矿复合薄膜，试验图谱参见附图1和2。

【例2】

称取0.80g氯化铅溶于5ml洁净的试剂瓶中，加入20ml N，N-二甲基甲酰胺混合均匀并充分溶解。将CH₃NH₃I溶解在异丙醇中配置10mg/ml的溶液。将聚丙烯多孔膜薄膜浸泡在氯化铅的N，N-二甲基甲酰胺溶液中10分钟，取出，将浸泡后的聚丙烯多孔膜在80℃下真空干燥5分钟。将干燥后的碘化铅/聚丙烯多孔膜复合薄膜浸泡在CH₃NH₃I的异丙醇溶液中5分钟，将复合薄膜取出后放置在两块玻璃片之间，然后将夹有聚乙烯/CH₃NH₃PbI₃多孔复合薄膜的玻璃片放置在真空烘箱内，在10kPa的压力下，100℃退火处理80min。然后将玻璃片打开，取出所制备的聚丙烯多孔膜为支架的有机-无机杂化钙钛矿复合薄膜。