一种大晶粒碘化物钙钛矿薄膜的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种大晶粒碘化物钙钛矿薄膜的制备方法。所述方法通过将碘化甲基胺和碘化物粉末加入到甲醇中进行超声，使原料分散成很小的粒子进而充分反应，最后研磨得到微米级别的大晶粒、高质量的钙钛矿薄膜。本发明专利技术方法制得的钙钛矿薄膜晶粒尺寸均匀度好、薄膜覆盖度好、薄膜厚度容易控制，晶粒尺寸大，可达微米级别，大的晶粒可以有效的减小晶界密度，提高载流子的输运速率。本发明专利技术薄膜制备的电池效率从7.79％上升到10.13％，相比于传统方法提高了2％。

Method for preparing large grain iodide perovskite film

The invention discloses a preparation method of a large grain iodide perovskite film. The method uses iodide methyl amine and iodide powder into methanol by ultrasonic, the raw material is dispersed into very small particles and full reaction, finally grinding to obtain micron Perovskite Thin Films of large grain and high quality. The grain size of Perovskite Thin Films Prepared by the method has the advantages of good uniformity, good film coverage, the thickness of the film is easy to control, large grain size, micron level, large grains can reduce the grain boundary density effectively, improve the carrier transport rate. The efficiency of the battery prepared by the invention is increased from 7.79% to 10.13%, compared with the traditional method by 2%.

【技术实现步骤摘要】
一种大晶粒碘化物钙钛矿薄膜的制备方法
本专利技术属于光电器件制备领域，涉及一种大晶粒碘化物钙钛矿薄膜的制备方法。
技术介绍
ABI3型碘化物材料具有长载流子寿命、低电子-空穴复合几率、低激子束缚能、较宽的吸收光谱和大的光吸收系数等优异的光学性能，广泛应用于太阳能电池中。钙钛矿型太阳能电池是将钙钛矿材料作为电池的光吸收层，钙钛矿太阳能电池的效率从2009的3.8％到2016年的22％，在短短几年时间内，电池的光电转化效率得到了飞速的发展，效率已经接近单晶太阳能电池，因此受到了广泛关注。在钙钛矿型吸光材料中，研究最多的是甲胺铅碘(CH3NH3PbI3)材料，实验室制备钙钛矿薄膜的方法通常有两种，即一步法和两步法。一步法指将MAX与BX2按照化学计量比混合在溶剂中，将所得溶液过滤，经过旋涂、退火得到钙钛矿薄膜(Non-wettingsurface-drivenhigh-aspect-ratiocrystallinegraingrowthforefficienthybridperovskitesolarcells)。但是一步法制备出来的晶粒太小，平均尺寸只有150～300nm，而小的晶粒尺寸会造成较多的缺陷和严重的滞后现象，使电池的性能大大降低。两步法指分别配制一定浓度的MAX和BX2溶液，先通过旋涂制备BX2薄膜，经过退火后浸泡在MAX溶液中，冲洗后进行退火，得到钙钛矿薄膜(GrowthofCH3NH3PbI3cuboidswithcontrolledsizeforhigh-efficiencyperovskitesolarcells)。两步法制备出的钙钛矿薄膜的晶粒均匀度很差，晶粒分布不均匀。大多数实验室仍然采用一步法制备钙钛矿薄膜。因此，如何制备微米级别的大晶粒、晶粒尺寸均匀、薄膜分布均匀的高质量钙钛矿薄膜仍是人们研究的热点方向。
技术实现思路
针对现有方法制得的钙钛矿薄膜存在的晶粒均匀度差、晶粒尺寸太小的不足，本专利技术提供了一种大晶粒碘化物钙钛矿薄膜的制备方法，所述方法通过将原料超声，使原料分散成很小的粒子进而充分反应，最后研磨得到微米级别的大晶粒、高质量的钙钛矿薄膜。本专利技术的技术方案如下：一种大晶粒碘化物钙钛矿薄膜的制备方法，具体步骤如下：将碘化甲基胺(CH3NH3I)和碘化物(BI2)粉末加入到甲醇中，超声分散使其反应完全，除去上清液，将沉淀在100～120℃加热，除去多余的甲醇，得到甲基胺碘化物(CH3NH3BI3)粉末，将粉末在氮气保护下研磨，加入松油醇，制成前驱体溶液，将前驱体溶液旋涂到表面清洗干净且涂有致密层的导电玻璃基板上，在100-120℃下进行退火处理，得到大晶粒钙钛矿薄膜。优选地，所述的碘化物可以是碘化铅、碘化铋或碘化铜。优选地，所述的导电玻璃为FTO玻璃。优选地，所述的退火处理的时间为20-25min。优选地，所述的旋涂时速度为4500-6000rmp。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：(1)通过将PbI2和CH3NH3I粉末直接分散在甲醇中超声反应，超声的能量可以作用到很小的粒子，使两种物质充分反应，得到晶粒尺寸较大的钙钛矿粉末，再将所得到的粉末分散到松油醇中，通过旋涂获得高质量薄膜；(2)相比于传统的一步法和两步法，本专利技术方法制得的钙钛矿薄膜晶粒尺寸均匀度好、薄膜覆盖度好、薄膜厚度容易控制，晶粒尺寸大，可达微米级别，大的晶粒可以有效的减小晶界密度，提高载流子的输运速率，该薄膜制备的电池效率从7.79％上升到10.13％。附图说明图1为PbI2和CH3NH3I在甲醇中反应得到的CH3NH3PbI3粉末制备的薄膜的扫描电镜图。图2为PbI2和CH3NH3I在甲醇和甲苯的混合溶剂中反应得到的CH3NH3PbI3粉末制备的薄膜的扫描电镜图。图3为PbI2和CH3NH3I在甲苯中反应得到的CH3NH3PbI3粉末制备的薄膜的扫描电镜图。图4为传统一步法通过旋涂得到的CH3NH3PbI3薄膜的扫描电镜图。图5为PbI2和CH3NH3I在甲苯中反应得到的CH3NH3PbI3粉末制备的薄膜的扫描电镜图。图6为实施例1和对比例1～4得到的薄膜所制成的电池的效率图。具体实施方式下面结合实施例和附图对本专利技术作进一步详述。实施例1(1)将CH3NH3I和PbI2等摩尔量混合后加入甲醇，超声处理反应30min，得到黄色的甲基胺碘化铅沉淀。移除上清液，将黄色沉淀在100～120℃加热，除去多余的甲醇，干燥的粉末在氮气保护下研磨，得到甲基胺碘化铅钙钛矿颗粒，将钙钛矿颗粒分散在松油醇中，得到浓度为1mol/L的前驱体溶液。(2)在清洗干净的FTO玻璃片表面分别旋涂致密层和多孔层，旋涂条件为低速1000rmp下10s，然后高速5000rmp下40s，然后进行退火处理，处理温度分别为100℃，时间为1h。(3)将前驱体溶液旋涂到FTO玻璃基底层，旋涂条件为低速1000rmp下10s，高速6000rmp下35s，然后在100℃下退火处理，除去多余的溶剂，得到大晶粒钙钛矿薄膜。实施例2(1)将CH3NH3I和PbI2等摩尔量混合后加入甲醇，超声处理反应30min，得到黄色的甲基胺碘化铅沉淀。移除上清液，将黄色沉淀在100～120℃加热，除去多余的甲醇，干燥的粉末在氮气保护下研磨，得到甲基胺碘化铅钙钛矿颗粒，将钙钛矿颗粒分散在松油醇中，得到浓度为1mol/L的前驱体溶液。(2)在清洗干净的FTO玻璃片表面分别旋涂致密层和多孔层，旋涂条件为低速1000rmp下10s，然后高速5000rmp下40s，然后进行退火处理，处理温度为100℃，时间为1h。(3)将前驱体溶液旋涂到FTO玻璃基底层，旋涂条件为低速1000rmp下10s，高速6000rmp下35s，然后在120℃下退火处理，除去多余的溶剂，得到大晶粒钙钛矿薄膜。图1为实施例1和实施例2制备的薄膜形貌扫描电镜图，可以看出在薄膜中晶粒的尺寸最大可达到30μm，这比传统两步法法制备的晶粒尺寸(350nm，如图4)要大很多。退火温度为100℃和120℃时薄膜形貌相似。图6为实施例1和对比例1～4中制备的薄膜所对应的电池效率图。从图中可以看出，实施例1对应的电池效率要明显高于传统方法(对比例3)。在电池性能方面，短路电流密度从17.1上升到17.85mA/cm2，开路电压从0.87上升到0.92V，总体的电池效率从7.49上升到9.70％。与其它对比例(1、2、4)相比也有明显的提高。其原因在于，采用本专利技术制备的薄膜具有较大的晶粒，有效提高了载流子在薄膜中的传输，减小了电子和空穴的复合，从而很大程度上提高了电池效率。对比例1(1)将CH3NH3I和PbI2等摩尔量混合后加入甲醇，超声处理反应15min，搅拌15min，得到黄色的甲基胺碘化铅沉淀。移除上清液，将黄色沉淀在100～120℃加热，除去多余的甲醇，干燥的粉末在氮气保护下研磨，得到甲基胺碘化铅钙钛矿颗粒，将钙钛矿颗粒分散在松油醇中，得到浓度为1mol/L的前驱体溶液。(2)在清洗干净的FTO玻璃片表面分别旋涂致密层和多孔层，旋涂条件为低速1000rmp下10s，然后高速5000rmp下40s，然后进行退火处理，处理温度为100℃，时间为1h。(3)将前驱体溶液旋涂到FTO玻璃基底层，旋涂条件为低速1000rmp本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大晶粒碘化物钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：将碘化甲基胺和碘化物粉末加入到甲醇中，超声分散使其反应完全，除去上清液，将沉淀在100～120℃加热，除去多余的甲醇，得到甲基胺碘化物粉末，将粉末在氮气保护下研磨，加入松油醇，制成前驱体溶液，将前驱体溶液旋涂到表面清洗干净且涂有致密层的导电玻璃基板上，在100‑120℃下进行退火处理，得到大晶粒钙钛矿薄膜。

【技术特征摘要】
1.一种大晶粒碘化物钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：将碘化甲基胺和碘化物粉末加入到甲醇中，超声分散使其反应完全，除去上清液，将沉淀在100～120℃加热，除去多余的甲醇，得到甲基胺碘化物粉末，将粉末在氮气保护下研磨，加入松油醇，制成前驱体溶液，将前驱体溶液旋涂到表面清洗干净且涂有致密层的导电玻璃基板上，在100-120℃下进行退火处理，得...

【专利技术属性】
技术研发人员：白帆，张树芳，苗晓亮，邱婷，胡延强，严仲，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32