一种纯相二维钙钛矿薄膜的制备方法与其产品和应用

本申请属于钙钛矿光伏材料，尤其涉及一种纯相二维钙钛矿薄膜的制备方法与其产品和应用。

背景技术：

1、多相准2d钙钛矿遵循化学结构公式l2-1bnx3n+1(厚度n>1)，其具备随机宽度分布的混合量子阱结构，该混合量子阱结构中的杂质相和结构缺陷可造成陷阱辅助重组加剧，使得钙钛矿器件性能与其稳定性降低。因此，设计能量损失少、长期运行稳定性高的相纯2d钙钛矿成为研究热点。

2、黄维等人通过向rp 2d钙钛矿前驱体中引入熔融盐乙酸丁胺(baac)替换碘化丁胺(bai)，从而利用baac与钙钛矿骨架之间的强离子配位作用形成中间相分布均匀的凝胶，使得具有垂直排列晶粒的纯相量子阱薄膜从各自的中间相结晶，实现了不同量子阱宽度的纯相2d钙钛矿薄膜的制备。

3、但是，向2d钙钛矿前驱体中引入熔融盐间隔制备纯相2d钙钛矿薄膜存在如下缺陷：一是满足需求的熔融盐间隔很少，实际生产局限大；二是受限于熔融盐间隔自身性能的制约，使制备的钙钛矿光伏器件的光电效率仍然较低。

技术实现思路

1、本申请通过公开一种纯相二维钙钛矿薄膜的制备方法与其产品和应用，用于解决向2d钙钛矿前驱体中引入熔融盐间隔制备纯相2d钙钛矿薄膜局限大且限制成形钙钛矿光电效率的技术问题。

2、为了实现上述目的，本申请的第一方面提供了一种纯相二维钙钛矿薄膜的制备方法。本申请制备方法包括：

3、提供以n值化学计量配比的二维钙钛矿单晶种子，其中，n＝3、4、5；

4、将所述二维钙钛矿单晶种子溶解于二维钙钛矿前驱体溶液中，获得二维钙钛矿前驱体-晶种溶液；

5、将所述二维钙钛矿前驱体-晶种溶液旋涂于衬底上并制备成膜，即得纯相二维钙钛矿薄膜。

6、在一些实施方案中，所述二维钙钛矿单晶种子为二维rp钙钛矿单晶种子、二维dj钙钛矿单晶种子、二维aci钙钛矿单晶种子中的一种，且所述二维钙钛矿单晶种子具有纯相量子阱结构。

7、在一些实施方案中，所述二维钙钛矿前驱体溶液为二维rp钙钛矿薄膜前驱体溶液、二维dj钙钛矿薄膜前驱体溶液、二维aci钙钛矿薄膜前驱体溶液中的一种。

8、在一些实施方案中，所述二维钙钛矿单晶种子为二维rp钙钛矿单晶种子；和

9、所述二维钙钛矿前驱体溶液为二维rp钙钛矿薄膜前驱体溶液。

10、在一些实施方案中，所述二维rp钙钛矿单晶种子的培养方法包括：

11、提供碘化铅溶液；

12、将所述碘化铅溶液加热之后，加入甲胺碘并充分溶解，获得碘化铅-甲胺碘混合溶液；

13、将氢碘酸与丁胺混合反应，获得质子化丁胺溶液；

14、将所述质子化丁胺溶液与所述碘化铅-甲胺碘的混合溶液混合并加热，冷却结晶，获得二维rp钙钛矿单晶种子；

15、其中，所述质子化丁胺溶液与所述碘化铅-甲胺碘混合溶液混合时，所述碘化铅、甲胺碘、丁胺碘的摩尔浓度比为n：(n-1)：2。

16、在一些实施方案中，所述二维rp钙钛矿前驱体溶液含有混合溶剂以及溶解于所述混合溶剂中的碘化铅、甲胺碘和丁胺碘；

17、其中，所述碘化铅、甲胺碘和丁胺碘的摩尔浓度比为n：(n-1)：2。

18、在一些实施方案中，所述二维rp钙钛矿单晶种子在所述二维rp钙钛矿前驱体溶液中的质量浓度为10mg-50mg/ml。

19、本申请的第二方面提供本申请制备方法制成的纯相二维钙钛矿薄膜。

20、本申请的第三方面提供本申请纯相二维钙钛矿薄膜用于制备二维钙钛矿光伏器件中的应用。

21、本申请的第四方面提供一种二维钙钛矿光伏器件，该二维钙钛矿器件含有：

22、导电衬底；

23、依次沉积于所述导电衬底上的氧化锡电子传输层、二维钙钛矿薄膜、螺芴空穴传输层和金属电极；

24、其中，所述二维钙钛矿薄膜为本申请纯相二维钙钛矿薄膜。

25、与现有技术相比，本申请实施例的优点或有益效果至少包括：

26、本申请提供的制备方法通过向二维钙钛矿前驱体溶液中引入晶体结构相同的二维钙钛矿单晶种子，利用二维钙钛矿单晶种子的相记忆性能诱导产生纯相分布的二维钙钛矿薄膜并形成均匀的能量景观，大幅增强电荷传输能力，使制备成的二维钙钛矿的光电效率明显提高，并且制备的二维钙钛矿中高相纯度的量子阱结构可以稳定钙钛矿框架并有效减少缺陷态，使得钙钛矿的稳定性显著提高。此外，本申请制备方法可以有效避免溶剂化的中间体并促进单步薄膜沉积，重现性良好，并且本申请纯相二维钙钛矿薄膜制备方法针对性强，可以根据目标钙钛矿类型适应性地引入相应的单晶种子，能够有效避免引入有机间隔导致的光电效率与其生产受限的问题。

技术特征：

1.一种纯相二维钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述二维钙钛矿单晶种子为二维rp钙钛矿单晶种子、二维dj钙钛矿单晶种子、二维aci钙钛矿单晶种子中的一种，且所述二维钙钛矿单晶种子具有纯相量子阱结构。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述二维钙钛矿前驱体溶液为二维rp钙钛矿薄膜前驱体溶液、二维dj钙钛矿薄膜前驱体溶液、二维aci钙钛矿薄膜前驱体溶液中的一种。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述二维钙钛矿单晶种子为二维rp钙钛矿单晶种子；和

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述二维rp钙钛矿单晶种子的培养方法包括：

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述二维rp钙钛矿前驱体溶液含有混合溶剂以及溶解于所述混合溶剂中的碘化铅、甲胺碘和丁胺碘；

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述二维rp钙钛矿单晶种子在所述二维rp钙钛矿前驱体溶液中的质量浓度为10mg-50mg/ml。

8.根据权利要求1-7任一所述方法制备的纯相二维钙钛矿薄膜。

9.权利要求1-7任一所述方法制备的纯相二维钙钛矿薄膜用于制备二维钙钛矿光伏器件中的应用。

10.一种二维钙钛矿光伏器件，含有：

技术总结
本申请公开了一种纯相二维钙钛矿薄膜的制备方法与其产品和应用，属于钙钛矿光伏材料技术领域。本申请制备方法包括：提供以n值化学计量配比的二维钙钛矿单晶种子，其中，n＝3、4、5，并将所述二维钙钛矿单晶种子溶解于二维钙钛矿前驱体溶液中形成二维钙钛矿前驱体‑晶种溶液，以及将所述二维钙钛矿前驱体‑晶种溶液旋涂于衬底上并制备成纯相二维钙钛矿薄膜。本申请制备方法诱导产生纯相分布的二维钙钛矿并形成均匀的能量景观，可大幅增强电荷传输能力，从而使得制备的钙钛矿薄膜的光电效率明显提高，并且本申请制备成的二维钙钛矿中高相纯度的量子阱结构可以稳定钙钛矿框架并有效减少缺陷态，能够使得钙钛矿的稳定性显著提高。

技术研发人员：胡婷,陈义旺,李灯学
受保护的技术使用者：南昌大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/8