钙钛矿材料离子阻隔层的原位生成方法与流程

1.0001.本技术涉及钙钛矿材料表面的薄膜制备领域，尤其是涉及钙钛矿材料离子阻隔层的原位生成方法。


背景技术：

2.0002.钙钛矿材料具有优秀的光电特性，使其可以在光伏、发光、探测等领域都备受关注。但是钙钛矿材料的稳定性一直备受困扰。影响钙钛矿材料稳定性的重要因素就是钙钛矿中的有机组分容易分解流失，导致材料变性。而将钙钛矿材料包封起来，可以有效提升钙钛矿材料的稳定性，从而提升器件稳定性。对应高性能钙钛矿光电子器件，良好的包封技术应该满足两个要求：(1)致密包封，从而提升器件稳定性；(2)选择性沉积，从而满足图案化需要。因此，本技术提出了钙钛矿材料离子阻隔层的原位生成方法。


技术实现要素：

3.0003.为了解决现有技术所存在的技术问题，本技术提供了钙钛矿材料离子阻隔层的原位生成方法。
4.0004.本技术提供的钙钛矿材料离子阻隔层的原位生成方法，是通过以下技术方案得以实现的：
5.钙钛矿材料离子阻隔层的原位生成方法，包括以下步骤：步骤一，在干净基底上制备一层钙钛矿薄膜，得样品；步骤二，将步骤一中制备的样品置于处理气体气氛中，温度控制在15℃至80℃，然后保持1s-2h，通过低温气相反应法在钙钛矿材料表面制备致密的氧硫化合物，即在钙钛矿材料表面形成离子阻隔层。
6.0005.通过采用上述技术方案，使用气相反应法与钙钛矿材料反应，生成一层致密氧硫化化合物薄膜，有效包封钙钛矿材料，从而提升材料和器件的稳定性。
7.0006.优选的，所述步骤二，将步骤一中制备的样品放入密闭容器中，通入处理气体，温度控制在15℃至40℃，然后保持0.1-2.0h，通过低温气相反应法在钙钛矿材料表面制备致密的氧硫化合物，即在钙钛矿材料表面形成离子阻隔层。
8.0007.通过采用上述技术方案，进一步有效包封钙钛矿材料，从而提升材料和器件的稳定性。0008.优选的，所述步骤二中形成的离子阻隔层为pb-s-o。
9.0009.通过采用上述技术方案，有效包封钙钛矿材料，提升材料和器件的稳定性。
10.0010.优选的，所述处理气体气氛为氧源和/或硫源形成的混合处理气体或者氧源和硫源搭配载气形成的混合处理气体，载气为氮气、惰性气体中的至少。
11.0011.优选的，所述处理气体气氛中的氧源为气相o2、o3中的至少。
12.0012.优选的，所述处理气体气氛中的硫源为二氧化硫、硫化氢、硒化氢、硫化铵中的至少。0013.优选的，所述处理气体气氛为臭氧：二氧化硫：氮气的流量比＝1:1:50。
13.0014.优选的，所述钙钛矿吸材料为abx3，abx3中的a为cs、ch3nh3和hn＝chnh3中的至少或多种，abx3中的b为pb和sn中的至少或多种，abx3中的x为c1、br和i中的至少或多种。
14.0015.钙钛矿材料离子阻隔层的原位生成方法，包括以下步骤：步骤一，在干净基底上制备一层钙钛矿薄膜，得样品；步骤二，将步骤一中制备的样品放入密封容器中，通入处理气体，所述处理气体是臭氧、硫化氢、氮气混合而成，温度控制在18-40℃，然后保持0.1-1小时，通过低温气相反应法在钙钛矿材料表面制备致密的氧硫化合物，即在钙钛矿材料表面形成离子阻隔层pb-s-o。
15.0016.本技术使用气相反应法与钙钛矿材料反应，生成一层致密氧硫化化合物薄膜，有效包封钙钛矿材料，从而提升材料和器件的稳定性；且可以预期，上述方法制备的阻挡层在不同的电池结构，不同的卤化物钙钛矿材料，都是适用的。
16.0017.综上所述，本技术具有以下优点：
17.1、本技术使用气相反应法与钙钛矿材料反应，生成一层致密氧硫化化合物薄膜，有效包封钙钛矿材料，从而提升材料和器件的稳定性。
18.0018.2、本技术明具有方法简单、实用、可产业化等优点。
附图说明
19.0019.图1是本技术中实施例1中钙钛矿材料表面的薄膜制备方法的示意图。
20.0020.图2是实施例1中的钙钛矿材料长时间0.1小时气体处理后，钙钛矿薄膜全部转变为氧硫化合物的照片，其中：左边为钙钛矿，右边的氧硫化合物。
21.0021.图3是实施例1中的钙钛矿材料长时间0.1小时气体处理后，钙钛矿薄膜转变为氧硫化合物的xrd图谱，其中：左边为钙钛矿，右边的氧硫化合物。
22.0022.图4是“钙钛矿/银”和”氧硫化合物/ag”在空气中放置老化的物相变化图。
23.0023.图5是左侧是在钙钛矿表面直接制备金属银，右侧是先在钙钛矿材料表面生长一层氧硫化合物再制备金属银的实物对比展示图。
24.0024.图6是本技术中实施例2中钙钛矿太阳能器件侧面的钙钛矿层原位反应生成pb-s-o的示意图。
25.0025.图7是本技术中实施例2、对比例1中钙钛矿太阳能器件的电阻测试图。
26.0026.图8是本技术中实施例2、对比例1中钙钛矿太阳能器件的电阻-时间变化曲线图。
27.0027.图9是本技术中实施例3中钙钛矿太阳能器件局部结构的电镜扫描图。
28.0028.图10是本技术中对比例2中钙钛矿太阳能器件局部结构的电镜扫描图。
29.实施方式
30.0029.以下结合附图、对比例和实施例对本技术作进一步详细说明。
实施例
31.0030.钙钛矿材料离子阻隔层的原位生成方法，参见图1，包括以下步骤：
32.步骤一，在干净基底上制备一层钙钛矿薄膜，具体制备方法如下：旋涂钙钛矿复合前驱体(70mg fai，20mg pbi2，10mg pbbr2，1.5mg csi，5mg mabr和8mg macl溶解到0.85mldmf和0.25mldmso溶剂中)在已洁净的玻璃基底上，并在旋涂过程中利用反溶剂混合体进行处理，最后在100℃条件下加热20分钟，得样品；
33.步骤二，将步骤一中制备的样品放入密封腔室中，向密封腔室中通入处理气体，所
述处理气体是臭氧、硫化氢、氮气混合而成，臭氧、二氧化硫、氮气流量比为1：1：50，温度控制在25℃，然后保持0.1h，通过低温气相反应法在钙钛矿材料表面制备致密的氧硫化合物，即在钙钛矿材料表面形成离子阻隔层pb-s-o，参加图2。
34.0031.参见图3，左边为钙钛矿，右边的氧硫化合物，可以看出处理后钙钛矿物相消失，形成新的物相。
35.0032.参见图4，左边为钙钛矿，右边的氧硫化合物，可以看出：钙钛矿会与金属银发生反应，产生新的物相。而氧硫化合物与银长时间接触，而没有新的物相生产。说明氧硫化合物与金属银不反应，具有很好的化学稳定性。
36.0033.参见图5，可以确认氧硫化合物层可以阻挡钙钛矿材料和银的接触反应。
37.0034.实施例2钙钛矿光伏组件
38.本技术公开的钙钛矿材料离子阻隔层的原位生成方法，包括以下步骤：
39.步骤一，参见图5，在干净基底上制备钙钛矿太阳能组件，具体制备方法如下：对ito基底进行p1划刻，再依次沉积ptaa、al2o3、钙钛矿、c60和sno2层，再对组件进行p2划刻的，得样品；
40.步骤二，将步骤一中制备的样品放置到氧硫气氛中处理后，氧硫气氛是由臭氧、二氧化硫、氮气组成，臭氧、二氧化硫、氮气流量比为1：1：50，温度控制在25℃，然后保持0.1h，p2两侧暴露的钙钛矿材料原位形成pb-s-o化合物；
41.步骤三，蒸发背电极ag，并进行p3和p4划刻，然后放置到氧硫气氛中，氧硫气氛是由臭氧、二氧化硫、氮气组成，臭氧、二氧化硫、氮气流量比为1：1：50，温度控制在25℃，然后保持0.1h处理，处理后，p3两侧和p4边缘暴露的钙钛矿材料原位生成原位形成pb-s-o化合物。所得钙钛矿太阳能组件样品的具体器件结构参见图5；
42.p2原位处理工艺：处理气体是臭氧、二氧化硫、氮气混合而成，臭氧、二氧化硫、氮气流量比为1：1：50，温度控制在25℃，然后保持0.1h，通过低温气相反应法在钙钛矿材料表面制备致密的氧硫化合物，即在钙钛矿材料表面形成离子阻隔层pb-s-o，即将侧面暴露的钙钛矿原位反应生成pb-s-o，阻隔了pvk和ag的接触，保护了钙钛矿材料，也保护了电极ag.
43.p3和p4原位处理工艺：保护钙钛矿自身分解外溢，提升组件稳定性。
44.0035.实施例3检验p2原位生成pb-s-o对沟道的保护作用
45.本技术公开的钙钛矿材料离子阻隔层的原位生成方法，包括以下步骤：
46.步骤一，在干净基底上制备钙钛矿太阳能电池，具体制备方法如下：在干净的图形化的ito基底上依次沉积ptaa、al2o3、钙钛矿、c60和sno2层，再对多层薄膜进行p2划刻，然后蒸发金属银电极。p2划刻后，对样品进行so2+o3(体积比1：1)气氛处理0.1h，则p2暴露面形成pb-s-o，可以有效阻隔钙钛矿和ag的接触，避免ag被腐蚀。所设计的具体器件结构参见图6；
47.对于没处理的样品，电极被腐蚀，导致电阻变大。气体处理过的样品，由于pb-s-o的保护，电极的电阻几乎不变化，如图7-8。
48.0036.对比例1
49.对比例1与实施例2的区别在于：未进行步骤二操作。
50.0037.对比例2
51.对比例2与实施例3的区别在于：未进行步骤二操作。
52.0038.结合实施例3和对比例2并且结合图7-10，可以看出：经本技术处理形成离子
阻隔层的钙钛矿材料，钙钛矿材料和电极层都得到了良好保护，具有良好的耐老化稳定性，在沟道处的稳定性显著提升，提升了组件稳定性。
53.0039.本具体实施例仅仅是对本技术的解释，其并不是对本技术的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本技术的权利要求范围内都受到专利法的保护。

技术特征：
1.钙钛矿材料离子阻隔层的原位生成方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一，在干净基底上制备一层钙钛矿薄膜，得样品；步骤二，将步骤一中制备的样品置于处理气体气氛中，温度控制在15℃至80℃，然后保持1秒-2h ，通过低温气相反应法在钙钛矿材料暴露面制备致密的氧硫化合物，即在钙钛矿材料表面形成离子阻隔层。2.根据权利要求1所述的钙钛矿材料离子阻隔层的原位生成方法，其特征在于：所述步骤二，将步骤一中制备的样品放入密闭容器中，通入处理气体，温度控制在15℃至40℃，然后保持0.1-2h，通过低温气相反应法在钙钛矿材料表面制备致密的氧硫化合物，即在钙钛矿材料表面形成离子阻隔层。3.根据权利要求1或2所述的钙钛矿材料离子阻隔层的原位生成方法，其特征在于：所述步骤二中形成的离子阻隔层为pb-s-o。4.根据权利要求1或2所述的钙钛矿材料离子阻隔层的原位生成方法，其特征在于：所述处理气体气氛为氧源和/或硫源形成的混合处理气体或者氧源和硫源搭配载气形成的混合处理气体；所述载气为氮气、惰性气体中的至少。5.根据权利要求4所述的钙钛矿材料离子阻隔层的原位生成方法，其特征在于：所述处理气体气氛中的氧源为气相o2、o3中的至少。6.根据权利要求4所述的钙钛矿材料离子阻隔层的原位生成方法，其特征在于：所述处理气体气氛中的硫源为二氧化硫、硫化氢、硒化氢、硫化铵中的至少。7.根据权利要求1所述的钙钛矿材料离子阻隔层的原位生成方法，其特征在于：所述处理气体气氛为臭氧、二氧化硫、氮气，臭氧、二氧化硫与氮气的流量比=1:（0.1-10）:(1-300)。8.根据权利要求1所述的钙钛矿材料离子阻隔层的原位生成方法，其特征在于：所述处理气体气氛为臭氧、二氧化硫、氮气，臭氧、二氧化硫与氮气的流量比=1:1:50。9.根据权利要求1所述的钙钛矿材料离子阻隔层的原位生成方法，其特征在于：所述钙钛矿吸材料为abx3，abx3中的a为cs、ch3nh3和hn= chnh3中的至少，abx3中的b为pb和sn中的至少，abx3中的x为c1、br和i中的至少。10.根据权利要求1所述的钙钛矿材料离子阻隔层的原位生成方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一，在干净基底上制备一层钙钛矿薄膜，得样品；步骤二，将步骤一中制备的样品放入密封容器中，通入处理气体，所述处理气体是臭氧、硫化氢、氮气混合而成，温度控制在18-40℃，然后保持0.1-1小时 ，通过低温气相反应法在钙钛矿材料表面制备致密的氧硫化合物，即在钙钛矿材料表面形成离子阻隔层pb-s-o。

技术总结
本申请涉及钙钛矿材料表面的薄膜制备领域，尤其是钙钛矿材料离子阻隔层的原位生成方法。钙钛矿材料离子阻隔层的原位生成方法，包括以下步骤：步骤一，在干净基底上制备一层钙钛矿薄膜，得样品；步骤二，将步骤一中制备的样品置于处理气体气氛中，温度控制在15℃至40℃，然后保持0.1-2h，通过低温气相反应法在钙钛矿材料表面制备致密的氧硫化合物，即在钙钛矿材料表面形成离子阻隔层。本申请使用气相反应法与钙钛矿材料反应，生成一层致密氧硫化化合物薄膜，有效包封钙钛矿材料，从而提升材料和器件的稳定性。和器件的稳定性。和器件的稳定性。


技术研发人员：麦耀华 吴绍航 刘冲 高彦艳
受保护的技术使用者：广东脉络能源科技有限公司
技术研发日：2023.02.24
技术公布日：2023/9/22