本发明专利技术涉及的是一种CH3NH3PbI3薄膜及其太阳能电池的制备方法，属于新型材料器件制造工艺领域。其中CH3NH3PbI3薄膜制备方法是：用基于(CH3COO)2Pb的CH3NH3PbI3溶液做单一蒸发源，采用小于1秒的时间将金属蒸发舟迅速加热至1000℃以上的温度，可制备出成份准确的CH3NH3PbI3薄膜。采用单源反应闪蒸法制备的CH3NH3PbI3薄膜具有反应速率快、蒸发速率快，薄膜无空洞，寿命长，适合做平面型器件的特点。并采用TiO2或ZnO为n型材料，Spiro-OMeTAD为p型材料与i型的CH3NH3PbI3薄膜一起构成p-i-n型平面太阳能电池器件，优化制备条件后可获得效率为8.85%的器件。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种太阳能器件的制备方法，具体是涉及一种CH3NH3PbI3材料的，属于新型材料器件制造工艺领域。
技术介绍
当今世界，随着地球资源的日益减少和人类对能源需求的不断增加，能源危机已经迫在眉睫。为了生存和发展，人类必须寻求可以替代常规能源的可再生的洁净新能源，其中的选择之一是太阳能发电。太阳能具有储存巨大，永不枯竭，清洁无污染、不受地域限制等优点，是人类最重要的新能源。目前太阳能电池主要包括晶体硅电池和薄膜太阳能电池，其中薄膜太阳能电池因生产用料少，价格便宜，可塑性好等优点成为太阳能光伏电池的发展趋势。现在，两种主流产业化的薄膜电池材料为碲化镉(CdTe)和铜铟镓砸(CIGS)，它们均含有地壳中稀缺的元素(Te和In)，因此不适合大规模生产。最近，一种以CH3NH3PbI3为代表的有机无机杂化钙钛矿材料薄膜太阳能电池获得了学术界的广泛关注。这类有机无机杂化钙钛矿材料所含元素均为地壳中富有元素，可大规模生产，且价格低廉。自2012年开始，以CH3NH3PbI3S主体吸收层太阳能电池的研宄中，它的转换效率在短短一年内迅速飙升，突破了 15%。截至到2014年6月，经验证的最高效率可达17.9%。这使得该材料极有可能成为下一代的主流薄膜太阳能电池材料，从而也吸引了国内外的大批研宄人员的关注。该材料的制备方法主要为化学方法。如旋涂法和基于旋涂法的两步法等。这两种方法都可在基于多孔材料1102和ZnO中沉积出高质量的薄膜，从而获得高效率。但对于平面型器件却不太适合，主要的原因在于该材料在后期烘烤退火时材料易于凝聚形成大晶粒，从而使大晶粒之间出现空洞。这将减少光子的吸收，并同时减小并联电阻，使器件效率降低。与之相对的是，基于真空的方法可明显改善薄膜覆盖度。如Henry Snaith采用双源法可制备获得无空洞小晶粒的薄膜，但双源法控制复杂，两个独立的蒸发源需要能稳定的工作在确定比例的速率上。另外，为实现高质量薄膜，蒸发速率非常的慢，一般需要控制在0.5埃每秒以内。这样低的速率不适合大规模生产。而当下生长速率较高的物理生长法又都是基于PbI2的，CH3NH3I与PblJ^化学反应过程较慢，这会导致在高速蒸发的过程中CH3NH3I与PbId^反应过程大大落后于加热蒸发的过程，从而使得制备得到的CH3NH3PbI3薄膜因存在杂质而导致电池的转换效率与寿命都较低。有基于此，提出本专利技术。
技术实现思路
针对现有技术的上述技术问题，本专利技术的目的是提供一种CH3NH3PbI3材料的，采用基于(CH3COO)2Pb的CH3NH3PbI3溶液做蒸发源，用单源反应闪蒸法以极快的蒸发速率直接制备出表面无空洞的CH3NH3PbI與钛矿薄膜作为太阳能电池的吸收层，并制备出相应的太阳能电池器件，为制备高转换效率的有机无机杂化钙钛矿薄膜太阳能电池提供一种新的工艺。为达到上述目的，本专利技术是通过以下技术方案实现的: 一种CH3NH3PbI3，包括以下步骤: (I )、使用合适的材料作为衬底，预处理后，在所述的衬底上沉积η型材料，然后放入真空蒸发设备的样品台上； (2)、把CH3NH3I和(CH3COO)2Pb粉末按照一定比例溶解于有机溶剂中，制备成基于(CH3COO)2Pb 的 CH3NH3Pb 13溶液； (3)、将步骤(2)中基于(CH3COO)2Pb的CH3NH3PbI3溶液均匀的平铺于经过预处理后的金属蒸发舟上； (4)、在腔体气压低于5xl(T3Pa或惰性气体的条件下，通过单源反应闪蒸法蒸镀CH3NH3Pb I3薄膜； (5)、将蒸镀完成的薄膜进行后期退火处理； (6)、在制备好的CH3NH3PbI3薄膜材料上旋涂空穴传输层； (7 )、蒸镀电极，获得CH3NH3Pb13薄膜太阳能电池。所述步骤(I)为将透明导电玻璃作为沉积衬底，采用曲拉通清洗表面，用清水将表面残余的曲拉通冲洗掉后，采用丙酮超声清洗15分钟，然后用去离子水冲洗表面，再用乙醇超声清洗15分钟，再用去离子水冲洗表面，随后将其烘干，然后采用紫外臭氧或微波等离子体处理表面，在预处理完成的透明导电玻璃上采用磁控溅射的方法沉积1102或ΖηΟ。所述磁控溅射的方法沉积1102或ZnO为:采用高纯T1 2或ZnO作为溅射靶材，先将溅射室抽至5xl(T3Pa，然后通入Ar气，溅射气压保持在0.6Pa，溅射功率为150W，溅射时间36分钟，即可在透明导电玻璃上沉积一层50-100纳米厚的致密1102或ZnO薄膜。所述的透明导电玻璃为掺F的SnO2、掺Al的ZnO或掺Sn的In2O3。所述步骤(2)为将CH3NH3I与(CH3COO)2Pb的粉末按照一定的比例先后溶解在γ-丁内酯中，在25-100° C的条件下加热搅拌1-12个小时，使二者混合均匀，从而配制成基于(CH3COO)2Pb 的 CH3NH3Pb13溶液。所述步骤(3)为将一定量的基于(CH3COO)2Pb的CH3NH3PbI3溶液滴在金属蒸发舟上，然后涂抹均匀，使其完整并均匀地覆盖在蒸发舟表面。所述步骤(4)为将腔体气压抽真空至低于5xlO_3Pa，继续保持抽速以保持此真空度，或可关闭真空泵或阀门，或通入惰性气体至l-100Pa，然后加载80-250A或保持此条件或通入惰性气体，然后将原材料在小于I秒的时间内快速升温至大于1000-1500° C，整个蒸发时间小于5秒。所述步骤(5)为将蒸镀完成的将蒸镀完成的CH3NH3PbI3薄膜在N2气氛和70-150° C的条件下烘烤5-60分钟可形成致密、结晶良好的薄膜。所述步骤(6)为将Spiro-OMeTAD作为空穴传输层旋涂在蒸镀完成的CH3NH3PbI^膜材料上。所述步骤(7)为在旋涂空穴传输层后的材料表面，用真空蒸发的方法蒸镀一定形状的金或银电极，从而获得CH3NH3PbI3太阳能电池。通过此方法，最终可实现效率为8.13%的钙钛矿太阳能电池的制备。本专利技术采用一种反应迅速操作简单生长速率极高的物理生长法，即基于(CH3COO) 2Pb的单源反应闪蒸法制备CH3NH3PbI3薄膜材料，并获得了高效率的太阳能电池器件。这种制备方法使用基于(CH3COO)2Pb的CH3NH3PbI3溶液做蒸发源，在抽真空时使其在金属舟上形成平整的薄层。随后在真空条件下或N2或惰性气体的气氛下以极短的时间进行快速升温，一般需要在小于I秒内升至1000度，并保持小于10秒的时间，从而实现快速蒸发。由于CH3NH3I与(CH3COO)2Pb之间的化学反应速度极快，二者之间的全部反应过程能够在10秒内完成，从而使得快速反应与快速蒸发的过程几乎可以同时结束，这可以让太阳能电池的效率与寿命得到进一步的提高。该方法操作简单，制备出的薄膜极纯且均匀表面无空洞。采用该方法制备的材料作为吸收层，打02或ZnO为η型材料，Spiro-OMeTAD或P 3ΗΤ作为P型材料，从而构成p-1-n结型器件，并实现了 8%以上的电池效率。本专利技术同现有技术相比，具有如下有益效果: 1、本专利技术的蒸发源采用基于(CH3COO)2Pb的CH3NH3PbI3溶液，是一种全新的蒸发源，可以在一定程度上提高电池的效率与寿命。2、本专利技术的方法属于物理制备法，过程简单，易于操作，可重复性好。3、本发本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种CH3NH3PbI3薄膜太阳能电池制备方法，其特征在于包括以下步骤：（1）、使用合适的材料作为衬底，预处理后，在所述的衬底上沉积n型材料，然后放入真空蒸发设备的样品台上；（2）、把CH3NH3I和(CH3COO)2Pb粉末按照一定比例溶解于有机溶剂中，制备成基于(CH3COO)2Pb的CH3NH3PbI3溶液；（3）、将步骤（2）中基于(CH3COO)2Pb的CH3NH3PbI3溶液均匀的平铺于经过预处理后的金属蒸发舟上；（4）、在腔体气压低于5x10‑3 Pa或惰性气体的条件下，通过单源反应闪蒸法蒸镀CH3NH3PbI3薄膜；（5）、将蒸镀完成的薄膜进行后期退火处理；（6）、在制备好的CH3NH3PbI3薄膜材料上旋涂空穴传输层；（7）、蒸镀电极，获得CH3NH3PbI3薄膜太阳能电池。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：方泽波，徐闰，谭永胜，
申请(专利权)人：绍兴文理学院，
类型：发明
国别省市：浙江;33
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