[發(fā)明專利]一種P型摻雜的鈣鈦礦光電功能材料及其應(yīng)用

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510790610.0
• 申請(qǐng)日: 2015-11-17
• 公開（公告）號(hào): CN105405974A
• 公開（公告）日: 2016-03-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 韓宏偉;陳江照
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L51/42
• 分類號(hào): H01L51/42;H01L51/46
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 李智

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鈣鈦礦基光電功能材料及其制備方法，屬于光電功能材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

鈣鈦礦材料ABX3(如CH₃NH₃PbI₃)作為一種光電性能優(yōu)良的材料，高的光電轉(zhuǎn)換效率，具有ABX3結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦材料具有其特有的晶體結(jié)構(gòu)，同時(shí)也表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。例如，這類材料有很高的載流子遷移率，高的空穴率，高的摩爾消光系數(shù)，良好的兩極電荷傳輸性，小的激子束縛能和可調(diào)的帶隙，在300nm～800nm的范圍內(nèi)有很強(qiáng)的吸收。此外，電子與空穴等在ABX3鈣鈦礦材料中的壽命較長(zhǎng)，載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度達(dá)到100nm，使得電荷分離更加容易。因此，上述鈣鈦礦材料作為光電功能材料在諸如太陽能電池、光探測(cè)器等電子器件中等領(lǐng)域已經(jīng)開始被廣泛地研究和應(yīng)用。

除了鈣鈦礦的制備工藝和器件結(jié)構(gòu)外，鈣鈦礦材料本身的電學(xué)性能對(duì)器件的性能影響也很大，尋找改善鈣鈦礦電學(xué)性能的方法是進(jìn)一步提高器件性能的一個(gè)重要途徑。

專利文獻(xiàn)CN103762344A中公開了一種通過對(duì)鈣鈦礦材料本身電學(xué)性能的改善而提高相應(yīng)的器件性能的一種方案，該方案中提出了一種有機(jī)兩性分子改性的MzAyBXz+y+2鈣鈦礦基光電功能材料，其通過利用有機(jī)兩性分子M為改性成分對(duì)以ABX₃鈣鈦礦材料進(jìn)行改性，從而獲得具有分子式為MxAyBXx+y+2的鈣鈦礦功光電功能材料，通過這種改性使得材料結(jié)晶性能有著大幅度改善，光電轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性表現(xiàn)出了明顯的優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用于基于碳對(duì)電極的介觀太陽能電池中時(shí)，得到的光電轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性顯著高于未改性材料ABX3應(yīng)用于此類電池中的效率。

但是，上述方案也存在一些問題或不足，基于上述方案改性的鈣鈦礦基電池其開路電壓和填充因子比較低，進(jìn)而導(dǎo)致得到的光電轉(zhuǎn)化效率仍然較低。低的開路電壓和填充因子可能是由于兩性分子改性鈣鈦礦低的導(dǎo)電率和空穴遷移率造成嚴(yán)重的電子和空穴的復(fù)合，進(jìn)而造成嚴(yán)重的效率損失。鑒于上述兩性分子改性的鈣鈦礦基電池的高的穩(wěn)定性，進(jìn)一步探索提高該電池的開路電壓和填充因子的方法顯得尤為緊迫和重要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種P型摻雜的鈣鈦礦基光電功能材料及其制備方法，其通過采用P型摻雜劑對(duì)鈣鈦礦基光電功能材料ABX₃進(jìn)行P型摻雜，獲得P型摻雜的鈣鈦礦基光電功能材料，其能顯著的提高載流子濃度、空穴遷移率、電導(dǎo)率，進(jìn)而獲得電學(xué)性能優(yōu)良的鈣鈦礦光電功能材料，且制備工藝方法簡(jiǎn)單、成本低廉。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種P型摻雜的鈣鈦礦基光電功能材料，其以ABX₃為基體，有機(jī)或者無機(jī)摻雜劑為P型摻雜劑，所得到的鈣鈦礦基光電功能材料化學(xué)式為(A1)_x(A2)_1-xB(X1)_y(X2)_3-y，其中0≤x≤1，0≤y≤3，A1為一價(jià)有機(jī)或無機(jī)陽離子，A2為一價(jià)有機(jī)或無機(jī)陽離子，B為二價(jià)金屬陽離子，X1或X2為一價(jià)陰離子。

進(jìn)一步地，所述鈣鈦礦基光電功能材料中，A1或A2為甲胺、甲脒或銫中的至少一種。

進(jìn)一步地，所述鈣鈦礦基光電功能材料中，B為鉛、錫、銅、鍺中的至少一種。

進(jìn)一步地，所述鈣鈦礦基光電功能材料中，X1或X2為一價(jià)陰離子I^-、Br^-、Cl^-、BF₄^-、PF₆^-、SCN^-中的至少一種。

進(jìn)一步地，所述的P型摻雜劑優(yōu)選但并不限于以下幾種：高氯酸鋰(LiClO₄)，三氟甲磺酸鋰(LiCF₃SO₃)，雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰(LiN(CF₃SO₂)₂)，四氟硼酸鋰(LiBF₄)，四氯化錫(SnCl₄)，2,3,5,6-四氟-7,7,8,8-四氰基對(duì)醌二甲烷(F4-TCNQ)，三氧化鎢(WO₃)，三(4-溴苯基)六氯銻酸銨((p-BrC₆H₄)₃NSbCl₆)，三(2-(1吡唑-1-基)吡啶)合鈷(tris(2-(1H-pyrazol-1-yl)pyridine)cobalt(III)，F(xiàn)K102)。