本申請(qǐng)涉及半導(dǎo)體器件，尤其涉及一種以乳酸質(zhì)子化咪唑鹽修飾電子傳輸層作為形核模板誘導(dǎo)生長(zhǎng)針狀立體蓬松碘化鉛的兩步法鈣鈦礦形核界面的制備方法及應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、在當(dāng)今全球環(huán)境發(fā)展形勢(shì)緊迫，能源危機(jī)與環(huán)境污染成為亟待解決的重大挑戰(zhàn)，這促使可再生綠色能源的發(fā)展成為能源利用與環(huán)境保護(hù)的主要課題。在此過(guò)程中，那些能夠利用光電效應(yīng)將豐富且清潔無(wú)污染的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能的材料備受關(guān)注。其中，鹵化物鈣鈦礦材料作為一種具有廣泛光電應(yīng)用潛力的半導(dǎo)體材料順勢(shì)而生。特別是在鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的應(yīng)用中，高質(zhì)量鈣鈦礦薄膜憑借其前驅(qū)體成分的充分反應(yīng)、晶體取向的有序生長(zhǎng)以及α相鈣鈦礦晶體的充分轉(zhuǎn)化且穩(wěn)定成形，展現(xiàn)出高度結(jié)晶的特性，這有助于提升電子和空穴的傳輸效率、降低能量損耗從而延長(zhǎng)載流子的壽命，直接影響鈣鈦礦太陽(yáng)能器件的光電轉(zhuǎn)換效率。此外，高質(zhì)量的鈣鈦礦薄膜還具備出色的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，能夠在更大范圍的濕度和溫度條件下保持卓越性能。

2、當(dāng)前，鈣鈦礦兩步沉積制備技術(shù)是獲取高質(zhì)量鈣鈦礦薄膜的重要途徑之一。其優(yōu)勢(shì)在于借助分離碘化鉛和有機(jī)混合溶液的沉積以實(shí)現(xiàn)對(duì)鈣鈦礦生長(zhǎng)及結(jié)晶狀況的有效調(diào)控。然而，該制備方法仍然面臨一些問(wèn)題，如固-液反應(yīng)不充分導(dǎo)致的碘化鉛不完全轉(zhuǎn)化、第二步有機(jī)胺鹽沉積對(duì)于環(huán)境相對(duì)濕度的苛刻要求等。針對(duì)上述問(wèn)題，當(dāng)前研究聚焦于前驅(qū)體添加劑工程、溶劑工程、組分工程等策略展開深入探究來(lái)優(yōu)化鈣鈦礦兩步法沉積過(guò)程以獲得高質(zhì)量、高性能的鈣鈦礦薄膜。然而，值得注意的是，對(duì)于涉及界面工程調(diào)控碘化鉛空間序構(gòu)的第一步碘化鉛沉積的研究仍相對(duì)匱乏，且上述策略仍未能完全擺脫對(duì)環(huán)境濕度和溫度的嚴(yán)格要求，這極大地限制了鈣鈦礦薄膜及其器件的生產(chǎn)工業(yè)化和廣泛應(yīng)用。

3、鑒于這一現(xiàn)狀，于空氣中通過(guò)兩步法制備高質(zhì)量鈣鈦礦太陽(yáng)能薄膜堪稱一項(xiàng)挑戰(zhàn)，亟待探尋更為優(yōu)質(zhì)的解決方案，以此突破當(dāng)前技術(shù)瓶頸，進(jìn)而推動(dòng)鈣鈦礦薄膜制備技術(shù)朝著縱深方向發(fā)展，從而滿足能源領(lǐng)域?qū)τ诟咝曳€(wěn)定的太陽(yáng)能電池的迫切需求，為全球能源供應(yīng)體系的優(yōu)化與完善提供有力支撐。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本申請(qǐng)的目的是提供一種針狀蓬松碘化鉛復(fù)合形核界面的制備方法及應(yīng)用，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中兩步法于空氣環(huán)境中制備鈣鈦礦薄膜時(shí)所面臨的結(jié)晶性欠佳以及環(huán)境穩(wěn)定性差的問(wèn)題。

2、為達(dá)到上述技術(shù)目的，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N針狀蓬松碘化鉛復(fù)合形核界面的制備方法，包括以下步驟：

3、步驟s1，配置乳酸質(zhì)子化咪唑鹽溶液：混合乳酸、1-胺乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽、水，攪拌均勻，得乳酸質(zhì)子化咪唑鹽溶液；

4、步驟s2，制備乳酸質(zhì)子化咪唑鹽界面修飾層：在sno2電子傳輸層表面滴加乳酸質(zhì)子化咪唑鹽溶液，經(jīng)旋涂得到含有乳酸質(zhì)子化咪唑鹽的濕膜，將含有乳酸質(zhì)子化咪唑鹽的濕膜進(jìn)行退火，得到乳酸質(zhì)子化咪唑鹽界面修飾層；

5、步驟s3，制備針狀蓬松碘化鉛復(fù)合形核界面：在乳酸質(zhì)子化咪唑鹽界面修飾層表面滴加碘化鉛溶液，經(jīng)旋涂得到含有碘化鉛的濕膜，將含有碘化鉛的濕膜進(jìn)行退火，得針狀蓬松碘化鉛復(fù)合形核界面。

6、進(jìn)一步地，乳酸與1-胺乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽的摩爾比為1?:?1；乳酸質(zhì)子化咪唑鹽溶液濃度為：0.30~0.90?mg/ml。

7、進(jìn)一步地，步驟s2中，退火溫度為80~120?℃，退火時(shí)長(zhǎng)為5~10分鐘。

8、進(jìn)一步地，步驟s3中，碘化鉛溶液由碘化鉛與有機(jī)溶劑混合制得。

9、進(jìn)一步地，有機(jī)溶劑為n，n-二甲基甲酰胺、二甲基亞砜、n-甲基吡咯烷酮中的一種或多種。

10、進(jìn)一步地，有機(jī)溶劑由n，n-二甲基甲酰胺與二甲基亞砜以9?:?1的體積比組成。

11、進(jìn)一步地，步驟s3中，退火溫度為60~80?℃，退火時(shí)長(zhǎng)為0.5~2分鐘。

12、本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N以針狀蓬松碘化鉛復(fù)合形核界面為結(jié)晶框架的鈣鈦礦薄膜，由有機(jī)混合溶液動(dòng)態(tài)旋涂于針狀蓬松碘化鉛復(fù)合形核界面后經(jīng)退火制得。

13、本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N針狀蓬松碘化鉛復(fù)合形核界面的制備方法的應(yīng)用，用于空氣中或高濕度環(huán)境下制備鈣鈦礦薄膜。

14、本申請(qǐng)還提供一種鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，包括依次設(shè)置的導(dǎo)電玻璃襯底、sno2電子傳輸層、乳酸質(zhì)子化咪唑鹽界面修飾層、以針狀蓬松碘化鉛復(fù)合形核界面為結(jié)晶框架的鈣鈦礦薄膜、空穴傳輸層以及金屬電極層。

15、綜上所述，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N針狀蓬松碘化鉛復(fù)合形核界面的制備方法，將合成的乳酸質(zhì)子化咪唑鹽溶液旋涂于sno2電子傳輸層上經(jīng)退火得到形核誘導(dǎo)模板-乳酸質(zhì)子化咪唑鹽界面修飾層；隨后在其表面旋涂碘化鉛溶液，經(jīng)退火得針狀立體蓬松碘化鉛復(fù)合形核界面。本申請(qǐng)創(chuàng)新地制備一種以乳酸質(zhì)子化咪唑鹽修飾電子傳輸層作為形核模板誘導(dǎo)生長(zhǎng)針狀立體蓬松碘化鉛的兩步法鈣鈦礦形核界面，采用該方法可于空氣環(huán)境中制備高質(zhì)量鈣鈦礦薄膜。相較于現(xiàn)有技術(shù)，本申請(qǐng)方案通過(guò)乳酸與咪唑鹽反應(yīng)質(zhì)子化咪唑鹽上的氨基，得到乳酸質(zhì)子化咪唑鹽，再將其旋涂、退火后作為sno2電子傳輸層和鈣鈦礦薄膜之間的界面修飾層。其中的咪唑環(huán)受碘化鉛電子云影響而沿碘化鉛發(fā)生聚合，形成一維結(jié)構(gòu)；與此同時(shí)咪唑環(huán)也為碘化鉛提供形核位點(diǎn)，使其穿梭在咪唑鹽形成的網(wǎng)絡(luò)中被誘導(dǎo)生成一維針狀化合物，進(jìn)而構(gòu)建出立體蓬松碘化鉛復(fù)合形核界面，這對(duì)于兩步法制備的鈣鈦礦薄膜結(jié)晶性和穩(wěn)定性的優(yōu)化具有積極推動(dòng)作用：一方面，特殊的針狀蓬松多孔結(jié)構(gòu)能有效提升第二步有機(jī)混合溶液的浸潤(rùn)性，促進(jìn)與碘化鉛的充分反應(yīng)，極大改善鈣鈦礦薄膜的結(jié)晶質(zhì)量；另一方面，其具備的強(qiáng)疏水性能作為一種高效的阻隔介質(zhì)在高質(zhì)量鈣鈦礦薄膜的制備過(guò)程中有效阻擋空氣中水分的入侵，并大幅提高應(yīng)用中鈣鈦礦薄膜的環(huán)境穩(wěn)定性。

技術(shù)特征：

1.一種針狀蓬松碘化鉛復(fù)合形核界面的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的針狀蓬松碘化鉛復(fù)合形核界面的制備方法，其特征在于，

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的針狀蓬松碘化鉛復(fù)合形核界面的制備方法，其特征在于，

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的針狀蓬松碘化鉛復(fù)合形核界面的制備方法，其特征在于，

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的針狀蓬松碘化鉛復(fù)合形核界面的制備方法，其特征在于，

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的針狀蓬松碘化鉛復(fù)合形核界面的制備方法，其特征在于，

7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的針狀蓬松碘化鉛復(fù)合形核界面的制備方法，其特征在于，

8.一種以針狀蓬松碘化鉛復(fù)合形核界面為結(jié)晶框架的鈣鈦礦薄膜，其特征在于，由有機(jī)混合溶液動(dòng)態(tài)旋涂于權(quán)利要求1~7任一項(xiàng)所制備的針狀蓬松碘化鉛復(fù)合形核界面后經(jīng)退火制得。

9.一種如權(quán)利要求1~7任一項(xiàng)所述的針狀蓬松碘化鉛復(fù)合形核界面的制備方法的應(yīng)用，其特征在于，用于空氣中或高濕度環(huán)境下制備鈣鈦礦薄膜。

10.一種鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，其特征在于，包括依次設(shè)置的導(dǎo)電玻璃襯底、sno2電子傳輸層、權(quán)利要求1~7任一項(xiàng)所述的乳酸質(zhì)子化咪唑鹽界面修飾層、權(quán)利要求8所述的以針狀蓬松碘化鉛復(fù)合形核界面為結(jié)晶框架的鈣鈦礦薄膜、空穴傳輸層以及金屬電極層。

技術(shù)總結(jié)
本申請(qǐng)涉及半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種以乳酸質(zhì)子化咪唑鹽修飾電子傳輸層作為形核模板誘導(dǎo)生長(zhǎng)針狀立體蓬松碘化鉛的兩步法鈣鈦礦形核界面的制備方法及應(yīng)用。具體是將乳酸質(zhì)子化咪唑鹽溶液旋涂于SnO<subgt;2</subgt;層上經(jīng)退火得到形核誘導(dǎo)模板；隨后在其表面旋涂碘化鉛溶液，經(jīng)退火得針狀立體蓬松碘化鉛復(fù)合形核界面。該方法創(chuàng)新性的將乳酸質(zhì)子化咪唑鹽作為碘化鉛形核位點(diǎn)，所誘導(dǎo)形成的針狀立體蓬松碘化鉛復(fù)合界面具備顯著增強(qiáng)的浸潤(rùn)性和疏水性，其一方面革命性的提升兩步法鈣鈦礦薄膜結(jié)晶性，即有效提升了第二步有機(jī)混合溶液的浸潤(rùn)性使鈣鈦礦晶體充分形核和生長(zhǎng)；另一方面其強(qiáng)疏水性有利于在空氣中制備高質(zhì)量鈣鈦礦薄膜，并大幅提高薄膜及器件穩(wěn)定性。

技術(shù)研發(fā)人員：吳華林,郭弋瑄,譚海婷,張梓敏,溫浩鑫,周港笙,李昊,邱熙杰,鄞添舟,黃少銘
受保護(hù)的技術(shù)使用者：廣東工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9