钙钛矿光电器件及其制备方法和光学器件

本申请属于钙钛矿器件领域，具体涉及钙钛矿光电器件及其制备方法和光学器件。

背景技术：

1、近年来，钙钛矿光电器件因具有高光电响应性能、可湿法制备、成本较低等优良特性，且可被制备成柔性器件或可穿戴器件，而受到人们的广泛关注。因此，钙钛矿光电器件已成为具有广阔应用前景的新型光电器件。然而，在实际应用过程中，由于钙钛矿光电器件的钙钛矿薄膜可能会受到水汽、氧气、光照、热、本征内建电场等因素的影响，继而可能会发生各种化学反应和离子迁移情况，甚至可能发生分解，从而导致钙钛矿光电器件的稳定性较差，影响钙钛矿光电器件的商业化使用。

技术实现思路

1、本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

2、在本申请的一个方面，本申请提出了一种钙钛矿光电器件，包括：钙钛矿薄膜，所述钙钛矿薄膜包括第一添加剂，所述第一添加剂包括具有孤对电子的官能团；电子传输层，所述电子传输层设置在所述钙钛矿薄膜的一侧，所述电子传输层包括第二添加剂，所述第二添加剂包括给电子基团和卤素。由此，通过向钙钛矿薄膜添加第一添加剂和向电子传输层添加第二添加剂，有利于提高钙钛矿光电器件的光电转化效率和水氧稳定性。

3、根据本申请的一些实施方式，所述第一添加剂包括含sp2杂化o原子官能团的聚合物、含sp3杂化n原子官能团的聚合物和含sp3杂化s原子官能团的聚合物中的至少一种。由此，有利于第一添加剂和钙钛矿薄膜中未配位的路易斯酸，例如，b2+离子进行配位，有效钝化钙钛矿薄膜内的缺陷，提高钙钛矿薄膜的稳定性。

4、根据本申请的一些实施方式，所述含sp2杂化o原子官能团的聚合物包括聚甲基丙烯酸甲酯和聚苯并二呋喃二酮中的至少一种。由此，有利于第一添加剂和钙钛矿薄膜中未配位的路易斯酸，例如，b2+离子进行配位，有效钝化钙钛矿薄膜内的缺陷，提高钙钛矿薄膜的稳定性。

5、根据本申请的一些实施方式，所述含sp3杂化n原子官能团的聚合物包括聚丙烯酰胺和聚3,4-乙烯二氧吡咯中的至少一种。由此，有利于第一添加剂和钙钛矿薄膜中未配位的路易斯酸，例如，b2+离子进行配位，有效钝化钙钛矿薄膜内的缺陷，提高钙钛矿薄膜的稳定性。

6、根据本申请的一些实施方式，所述含sp3杂化s原子官能团的聚合物包括聚3,4-二硫代苯乙烯和聚3-己基噻吩中的至少一种。由此，有利于第一添加剂和钙钛矿薄膜中未配位的路易斯酸，例如，b2+离子进行配位，有效钝化钙钛矿薄膜内的缺陷，提高钙钛矿薄膜的稳定性。

7、根据本申请的一些实施方式，所述第二添加剂包括2-乙胺噻吩碘、苯乙胺溴、正丁胺氯、胍胺碘和正戊胺溴中的至少一种。由此，有利于提高钙钛矿光电器件的光电转化效率和水氧稳定性。

8、根据本申请的一些实施方式，所述钙钛矿薄膜中的钙钛矿材料满足结构式abx3，其中，a包括ch3nh3+、nhchnh3+和cs+中的至少一种；b包括pb2+和sn2+中的至少一种；x包括cl-、br-和i-中的至少一种，所述第二添加剂的所述卤素和所述x相同。由此，通过使得第二添加剂的卤素和钙钛矿材料中具有相同的卤素x，有利于抑制钙钛矿薄膜中的卤素离子向电子传输层迁移，继而提高钙钛矿薄膜的水氧稳定性。

9、根据本申请的一些实施方式，所述钙钛矿薄膜中钙钛矿材料与所述第一添加剂的质量比为1000:(0.05～1)。由此，既具有较优的钝化钙钛矿薄膜内的缺陷效果，使钙钛矿薄膜具有较高的稳定性，钙钛矿薄膜又具有较优的光电转化效率。

10、根据本申请的一些实施方式，所述电子传输层中电子传输材料与所述第二添加剂的质量比为100:(0.5～5)。由此，有利于提高钙钛矿薄膜和钙钛矿光电器件的光电转化效率和水氧稳定性。

11、根据本申请的一些实施方式，所述钙钛矿薄膜的厚度为50nm～800nm。由此，钙钛矿光电器件具有较优的光电转换效率，有利于提高钙钛矿光电器件的使用寿命。

12、根据本申请的一些实施方式，所述电子传输层的厚度为40nm～100nm。由此，钙钛矿光电器件具有较优的光电转换效率。

13、在本申请的第二个方面，本申请提出了一种制备前述钙钛矿光电器件的方法，包括：将钙钛矿材料和第一添加剂所形成的第一混合物形成在基材表面，以得到钙钛矿薄膜；将电子传输材料和第二添加剂所形成的第二混合物形成在所述钙钛矿薄膜的一侧，以得到电子传输层。由此，制备钙钛矿光电器件的方法简单易行，易于实现工业化。

14、根据本申请的一些实施方式，所述第一混合物中所述第一添加剂的质量浓度为0.01mg/ml～1.0mg/ml。由此，既可以通过适量的第一添加剂提高钝化钙钛矿薄膜内的缺陷效果，使钙钛矿薄膜具有较高的稳定性，又可以使得钙钛矿薄膜具有较优的光电转化效率。

15、根据本申请的一些实施方式，所述第二混合物中所述第二添加剂的质量浓度为0.1mg/ml～2.5mg/ml。由此，既可以通过适量的第二添加剂抑制钙钛矿薄膜中的卤素离子向电子传输层迁移，提高钙钛矿薄膜的水氧稳定性，又可以使得钙钛矿光电器件具有较优的光电转化效率。

16、在本申请的第三个方面，本申请提出了一种光学器件，所述光学器件包括前述的钙钛矿光电器件。由此，光学器件包括前述钙钛矿光电器件的全部优点，在此不再赘述。

技术特征：

1.一种钙钛矿光电器件，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的钙钛矿光电器件，其特征在于，所述第一添加剂包括含sp2杂化o原子官能团的聚合物、含sp3杂化n原子官能团的聚合物和含sp3杂化s原子官能团的聚合物中的至少一种。

3.根据权利要求2所述的钙钛矿光电器件，其特征在于，所述含sp2杂化o原子官能团的聚合物包括聚甲基丙烯酸甲酯和聚苯并二呋喃二酮中的至少一种；和/或，

4.根据权利要求1所述的钙钛矿光电器件，其特征在于，所述第二添加剂包括2-乙胺噻吩碘、苯乙胺溴、正丁胺氯、胍胺碘和正戊胺溴中的至少一种。

5.根据权利要求4所述的钙钛矿光电器件，其特征在于，所述钙钛矿薄膜中的钙钛矿材料满足结构式abx3，其中，a包括ch3nh3+、nhchnh3+和cs+中的至少一种；b包括pb2+和sn2+中的至少一种；x包括cl-、br-和i-中的至少一种，所述第二添加剂的所述卤素和所述x相同。

6.根据权利要求1-5任一项所述的钙钛矿光电器件，其特征在于，所述钙钛矿薄膜中钙钛矿材料与所述第一添加剂的质量比为1000:(0.05～1)；和/或，

7.根据权利要求1-5任一项所述的钙钛矿光电器件，其特征在于，所述钙钛矿薄膜的厚度为50nm～800nm；和/或，

8.一种制备权利要求1-7所述的钙钛矿光电器件的方法，其特征在于，包括：

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述第一混合物中所述第一添加剂的质量浓度为0.01mg/ml～1.0mg/ml；

10.一种光学器件，其特征在于，包括权利要求1-7任一项所述的钙钛矿光电器件，或，权利要求8或9所述方法制备得到的钙钛矿光电器件。

技术总结
本申请属于钙钛矿器件领域，具体涉及钙钛矿光电器件及其制备方法和光学器件。钙钛矿光电器件包括：钙钛矿薄膜，钙钛矿薄膜包括第一添加剂，第一添加剂包括具有孤对电子的官能团；电子传输层，电子传输层设置在钙钛矿薄膜的一侧，电子传输层包括第二添加剂，第二添加剂包括给电子基团和卤素。由此，通过向钙钛矿薄膜引入第一添加剂和向电子传输层引入第二添加剂，有利于提高钙钛矿光电器件的光电转化效率和水氧稳定性。

技术研发人员：董桂芳,蒋立贤,马冬昕
受保护的技术使用者：清华大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/10