一种制备金属卤化物钙钛矿的方法及其装置制造方法及图纸

一种制备金属卤化物钙钛矿的方法及其装置，所述制备方法依次包括如下步骤：(1)刻蚀；(2)初备料；(3)第一次气体更换；(4)第一次加热反应；(5)第一次降温并获得初品；(6)再备料；(7)第二次气体更换；(8)第二次加热反应；(9)第二次降温并获得金属卤化物钙钛矿晶体或金属卤化物钙钛矿薄膜，本发明专利技术提出的制备金属卤化物钙钛矿的方法具有工艺更简化、低成本、少污染的优点，制备得的金属卤化物钙钛矿薄膜面积大、结晶度高、晶粒尺寸大，满足太阳能电池吸光要求的特点。

Method and device for preparing metal halide perovskite

A method for preparing metal halide perovskite and a device thereof. The preparation method comprises the following steps: (1) etching; (2) the beginning of preparation; (3) the first gas replacement; (4) the first heating reaction; (5) the first time of cooling and initial product; (6) again the preparation of material; (7) the second gas replacement; (8) the second heating reaction; (9) the second cooling and metal halide perovskite crystal or metal halide Perovskite Thin Films, the advantages of preparation method of metal halide perovskite provided by the invention has more simplified process, low cost, less pollution, metal halide perovskite the film prepared in large area, high degree of crystallinity, grain size, to meet the requirements of the light absorption of solar cells.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及太阳能电池材料制备
，尤其涉及一种制备金属卤化物钙钛矿的方法及其装置。
技术介绍
随着现代科学技术的高速发展，硅材料本身较低的光电转换效率、低的发光效率等缺点阻碍了硅材料在光电领域的应用，以硅材料为基底的传统太能电池能达到的最高的转化效率只有25％左右。目前，新的研究表明，一种新型的具有钙钛矿(CaTiO3)结构的有机太阳能电池的转化效率或可高达50％，为目前市场上太阳能电池转化效率的2倍，能大幅降低太阳能电池的使用成本。为此，钙钛矿太阳能电池的成功开发为未来高效光电器件的发展注入了新鲜血液。尽管这些材料形成的太阳能电池具有较好的属性，但要制作出实际可用的、大规模生产的钙钛矿太阳能电池，还需克服很多困难；该种类型的电池电流较低，自然界中钙钛矿本身含量较低，因此，还需另觅他径以获得高质量、低成本的钙钛矿晶体或者薄膜，以实现产业化应用。从钙钛矿电池效率获得突破以来，钙钛矿有机太阳能电池结构从问世开始就不断受到世界各国科研人员的广泛关注，已然成为新的研究热点，如CH3NH3PbI2(甲基氨基碘化铅)等卤化金属钙钛矿(MAPbX)型太阳能电池。而制备该类型太阳能电池的关键问题就是如何获得高质量、低成本的钙钛矿晶体或者薄膜。目前，制备卤化金属钙钛矿(MAPbX)薄膜或者晶体的方法主要分为两种：溶液法和CVD法。①溶液法制备钙钛矿薄膜或者晶体的一种典型的过程是：首先将一定量的卤化铅置入N，N-二甲基甲酰胺(DMF)溶液中至其完全溶解，而后利用旋涂机将所得到的卤化铅溶液旋涂于目标衬底表面，并分别在40℃及100℃的条件下加热3min-5min；而后迅速将MAX溶液旋涂于所得的卤化铅薄膜上，并在100℃的条件下加热5min以形成MAPbX。②CVD法制备MAPbX晶体或者薄膜的一种典型的生长过程为：直接将MAX粉源，卤化铅粉源及衬底材料一次性置入三温区CVD系统中的三个温区并抽真空(0.5-10Torr)，再分别将各个温区升温至所需温度进行一次性生长以获得MAPbX晶体或者薄膜。③当然还有一种低压CVD两步制备MAPbX晶体的方法。上述几种方法中方法①所形成的薄膜晶粒较小，使得有机太阳能电池的效率较低(最高才15％)；方法②所形成的二维薄膜厚度过于单薄且晶粒尺寸太小(纳米级别)，难以有效吸收可见光，因而由其制备的太阳能电池性能更为低下；方法③尽管能获得较大尺寸的单晶，但是难以形成连续的膜，因此仍对太阳能电池效率具有较大影响，并且上述方法还存在大量浪费原料的缺点，同时尾气难以回收，易腐蚀机械泵配件等设备，容易对环境造成污染的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种实现在常压下制备大面积高质量低污染的金属卤化物钙钛矿的方法，具有工艺更简化、低成本、少污染的优点，制备得的金属卤化物钙钛矿薄膜面积大、结晶度高、晶粒尺寸大，满足太阳能电池吸光要求。本专利技术的另一个目的在于一种制备金属卤化物钙钛矿的装置，具有工艺简单、操作简单方便，环保节能的特点。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：一种制备金属卤化物钙钛矿的方法，包括如下步骤：(1)刻蚀：将基底切割获得目标基底，放入等离子体刻蚀机中，利用深反应离子刻蚀技术对其进行刻蚀后，用丙酮和去离子水将其洗净并烘干；(2)初备料：将步骤(1)获得的目标基底置于石英玻璃片上，将载有目标基底的石英玻璃片放入CVD系统的低温区；将卤化铅粉末置于CVD系统的加热区；(3)第一次气体更换：向CVD系统中充入惰性气体进行多次清洗以清除CVD系统内残留的空气；(4)第一次加热反应：调整惰性气体的流量，并在常压下将所述高温区加热至370～400℃，维持30～120min；(5)第一次降温并获得初品：将CVD系统自然降温至280～300℃后打开炉膛，自然降温至室温，获得长有金属卤化物的基底，将获得的基底以及剩余的卤化铅粉末取出；(6)再备料：将步骤(5)中获得的基底置于CVD系统的低温区，将MAX粉源置于加热区；(7)第二次气体更换：向CVD系统中充入惰性气体对CVD系统进行多次清洗；(8)第二次加热反应：调整惰性气体的流量，并保持CVD系统内部的常压状态将所述高温区加热至140～160℃，维持30～120min；(9)第二次降温并获得成品：将CVD系统的炉膛打开，自然降温至室温，获得金属卤化物钙钛矿晶体或金属卤化物钙钛矿薄膜。进一步说明，还包括尾气回收步骤，分别设置在步骤(2)-步骤(9)之后。进一步说明，所述目标基底为FTO-玻璃基底、SiO2/Si基底、石英基底、玻璃基底或蓝宝石基底中的任意一种。进一步说明，步骤(2)中的所述低温区与加热区的中心位置的距离为10cm～15cm。进一步说明，步骤(6)中的所述低温区与加热区的中心位置的距离为12cm～15cm。进一步说明，步骤(3)和步骤(8)充入的所述惰性气体为氩气和/或氮气，常压下保持所述惰性气体的流量为50sccm。进一步说明，步骤(1)中的所述深反应离子为氧等离子体。进一步说明，步骤(6)中的所述低温区的温度为110-130℃。一种制备金属卤化物钙钛矿的装置，包括进气装置和CVD炉膛，还包括尾气处理装置，所述进气装置、CVD炉膛和尾气处理装置依次首尾相连，所述尾气处理装置包括处理瓶和排气管，所述排气管接通所述处理瓶。进一步说明，所述处理瓶包括空气瓶和溶液瓶，所述空气瓶通过U形气管与所述溶液瓶连接，所述溶液瓶与所述排气管连接。本专利技术的有益效果：1、工艺更简化、无需维持系统的压强，直接通气生长即可，简化了生长系统，节能实用，降低生产和时间成本；2、反应速率大幅提高，提高了制备金属卤化物钙钛矿晶体或薄膜的产率与质量、低污染，可用于大面积制备钙钛矿薄膜，制备得的钙钛矿薄膜的晶粒尺寸更大、结晶度高、膜厚均匀且具有更低的缺陷密度，厚度达到数十纳米甚至数百纳米，满足太阳能电池吸光要求；3、既可用于生长单晶体又可用于制备连续薄膜，为钙钛矿基光电探测器及太阳能电池提供了双保险，大幅降低使用成本；4、对设备仪器要求较小，避免可机械泵等真空设备的使用，大大降低了电能损耗，成本降低60％以上；5、通过对CVD系统进行密封及吸收尾气，最大量减少尾气排入空气中，避免了尾气对设备的腐蚀和人体的危害，使得整个过程更环保，更节能，更具实用性。附图说明图1是本专利技术一个实施例的制备金属卤化物钙钛矿晶体或者薄膜的装置示意图；图2是本专利技术附有FTO膜的目标基底上生长所得钙钛矿晶体的光学显微图；图3是本专利技术附有FTO膜的目标基底上生长所得钙钛矿薄膜的光学显微图；图4是本专利技术附有FTO膜的目标基底上获得的钙钛矿晶体或者薄膜相应的拉曼图谱；图5是本专利技术附有FTO膜的目标基底上获得的钙钛矿晶体或者薄膜相应的荧光发光谱；图6是本专利技术附有FTO膜的目标基底上获得的钙钛矿晶体或者薄膜相应的XRD图谱；其中：进气装置1，粉源2，CVD炉膛加热区3，目标基底4，石英载体5，尾气处理装置6，尾气处理溶液7，排气管8。具体实施方式下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本专利技术的技术方案。一种制备金属卤化物钙钛矿的方法，包括如下步骤：(1)刻蚀：将基底切割获得目标基底，放入等离子体刻蚀机中，利用深反应离子刻蚀技术对其进行刻蚀后，用丙酮和去离子水将其洗净并烘干；(2)初备料：将本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备金属卤化物钙钛矿的方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)刻蚀：将基底切割获得目标基底，放入等离子体刻蚀机中，利用深反应离子刻蚀技术对其进行刻蚀后，用丙酮和去离子水将其洗净并烘干；(2)初备料：将步骤(1)获得的目标基底置于石英玻璃片上，将载有目标基底的石英玻璃片放入CVD系统的低温区；将卤化铅粉末置于CVD系统的加热区；(3)第一次气体更换：向CVD系统中充入惰性气体进行多次清洗以清除CVD系统内残留的空气；(4)第一次加热反应：调整惰性气体的流量，并在常压下将所述高温区加热至370～400℃，维持30～120min；(5)第一次降温并获得初品：将CVD系统自然降温至280～300℃后打开炉膛，自然降温至室温，获得长有金属卤化物的基底，将获得的基底以及剩余的卤化铅粉末取出；(6)再备料：将步骤(5)中获得的基底置于CVD系统的低温区，将MAX粉源置于加热区；(7)第二次气体更换：向CVD系统中充入惰性气体对CVD系统进行多次清洗；(8)第二次加热反应：调整惰性气体的流量，并保持CVD系统内部的常压状态将所述高温区加热至140～160℃，维持30～120min；(9)第二次降温并获得成品：将CVD系统的炉膛打开，自然降温至室温，获得金属卤化物钙钛矿晶体或金属卤化物钙钛矿薄膜。...

【技术特征摘要】
1.一种制备金属卤化物钙钛矿的方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)刻蚀：将基底切割获得目标基底，放入等离子体刻蚀机中，利用深反应离子刻蚀技术对其进行刻蚀后，用丙酮和去离子水将其洗净并烘干；(2)初备料：将步骤(1)获得的目标基底置于石英玻璃片上，将载有目标基底的石英玻璃片放入CVD系统的低温区；将卤化铅粉末置于CVD系统的加热区；(3)第一次气体更换：向CVD系统中充入惰性气体进行多次清洗以清除CVD系统内残留的空气；(4)第一次加热反应：调整惰性气体的流量，并在常压下将所述高温区加热至370～400℃，维持30～120min；(5)第一次降温并获得初品：将CVD系统自然降温至280～300℃后打开炉膛，自然降温至室温，获得长有金属卤化物的基底，将获得的基底以及剩余的卤化铅粉末取出；(6)再备料：将步骤(5)中获得的基底置于CVD系统的低温区，将MAX粉源置于加热区；(7)第二次气体更换：向CVD系统中充入惰性气体对CVD系统进行多次清洗；(8)第二次加热反应：调整惰性气体的流量，并保持CVD系统内部的常压状态将所述高温区加热至140～160℃，维持30～120min；(9)第二次降温并获得成品：将CVD系统的炉膛打开，自然降温至室温，获得金属卤化物钙钛矿晶体或金属卤化物钙钛矿薄膜。2.根据权利要求1所述的一种制备金属卤化物钙钛矿的方法，其特征在于：还包括尾气回收步骤，分别设置在步骤(2)-步骤(9)之后。3.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：林生晃，邱宜高，徐治根，唐兴颖，
申请(专利权)人：佛山千里目科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44