一种基于低压闪蒸晶化的钙钛矿薄膜光电器件的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种基于低压闪蒸晶化的钙钛矿薄膜光电器件的制备方法，属于光电器件领域。本发明专利技术在TiO2致密层上旋涂卤化铅，在卤化铅薄膜上滴加卤化甲胺溶液后在低压条件下进行闪蒸晶化，从而得到钙钛矿薄膜。本发明专利技术的制备方法通过低压闪蒸诱导晶化，在低压下以更低的沸点将溶剂迅速蒸发干净，然后将钙钛矿的各种反应物以可控的速率析出，再根据奥斯瓦尔德熟化效应使晶粒之间互相吞并生长成大晶粒。与常规的“两步法”相比，本发明专利技术提供的制备方法得到的钙钛矿薄膜表面更加均匀平整，整个钙钛矿薄膜层晶化程度更高。

【技术实现步骤摘要】
一种基于低压闪蒸晶化的钙钛矿薄膜光电器件的制备方法
本专利技术涉及光电器件
，特别涉及一种基于低压闪蒸晶化的钙钛矿薄膜光电器件的制备方法。
技术介绍
钙钛矿从首次被应用在染料敏化太阳能电池至今，已经过十二年的研究，其光电转化效率已经达到22％以上，在第三代太阳能电池中的表现相当抢眼。钙钛矿材料具有宽光谱范围的高吸收系数，高载流子迁移率以及低的陷阱态等诸多优点，钙钛矿型光电器件的效率在一定程度上依赖于薄膜形貌的变化，提高钙钛矿薄膜的结晶度，增大其晶粒尺寸以减少晶界，从而获得表面光滑平整，内部缺陷少的钙钛矿薄膜是获得高效率太阳能电池的关键。目前，制备钙钛矿薄膜的方法主要有“一步法”和“两步法”，其中“一步法”是将卤化铅和卤化甲胺共同溶解在溶剂中，然后通过旋涂和退火即可得到钙钛矿薄膜，这种方法步骤简单，但是所得薄膜质量较差，晶化程度低。“两步法”是将先将卤化铅溶液旋涂于基底上，形成卤化铅薄膜，在卤化铅薄膜上滴加卤化甲胺溶液后在大气条件下退火，形成钙钛矿薄膜。这种方法得到的钙钛矿薄膜的晶化程度较“一步法”有所提高，但是薄膜质量不稳定，不利于高效稳定的生产，且薄膜的晶化程度与仍然需要进一步的提高。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术目的在于提供一种基于低压闪蒸晶化的钙钛矿薄膜光电器件的制备方法。本专利技术提供的制备方法步骤简单，成本低，易于进行高效稳定的生产，且所得钙钛矿薄膜结晶度高、晶粒尺寸大。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：一种基于低压闪蒸晶化的钙钛矿薄膜光电器件的制备方法，包括以下步骤：(1)对FTO导电玻璃依次进行刻蚀、清洗、吹干和臭氧表面处理，得到预处理的FTO导电玻璃；(2)在所述预处理的FTO导电玻璃的刻蚀面旋涂TiO2致密层溶液后进行退火，形成TiO2致密层；(3)在所述TiO2致密层表面旋涂卤化铅溶液后干燥，形成卤化铅薄膜；(4)在所述卤化铅薄膜上滴加卤化甲胺溶液后依次进行静置、甩胶和低压闪蒸晶化，形成钙钛矿薄膜；所述低压闪蒸晶化的压力为10～200Pa，温度为90～110℃，时间为10～25min；(5)在所述钙钛矿薄膜上依次制备空穴传输层和金属电极，得到钙钛矿薄膜光电器件。优选的，所述步骤(2)中的TiO2致密层溶液由无水乙醇、酸和TiO2前驱体配制得到；所述酸包括浓盐酸和/或冰乙酸；所述TiO2前驱体包括钛酸四异丙醇酯和/或钛酸四丁酯；所述无水乙醇、酸和TiO2前驱体的用量比为3～7mL：5～10μL：0.2～0.5g。优选的，所述步骤(2)中的退火方式为：以7.5～10℃/min的速率升温至150～200℃，保温20～30分钟，然后以5～7.5℃/min升温至300～350℃，保温20～30分钟，再以5～7.5℃/min升温至500℃，保温60～90分钟。优选的，所述步骤(2)中形成TiO2致密层后还包括：将具有TiO2致密层的FTO导电玻璃在四氯化钛溶液中浸泡后依次进行干燥和退火；所述退火的方式为：以7.5～10℃/min的速率升温至150～200℃，保温20～30分钟，然后以5～7.5℃/min升温至300～350℃，保温20～30分钟，再以5～7.5℃/min升温至500℃，保温30～60分钟。优选的，所述步骤(3)中卤化铅溶液的溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜和γ-丁内酯中的一种或几种；所述卤化铅为碘化铅、氯化铅或溴化铅；所述卤化铅溶液的浓度为1～1.2mol/L；所述卤化铅溶液的旋涂量为20～50μL/7.5cm2。优选的，所述步骤(4)中卤化甲胺溶液的溶剂为醇类溶剂；所述醇类溶剂包括乙醇、乙二醇和异丙醇中的一种或几种；所述卤化甲胺为甲胺碘、甲胺氯或甲胺溴；所述卤化甲胺溶液的浓度为0.044～0.063mol/L。所述卤化甲胺溶液的旋涂量为100～300μL/7.5cm2。优选的，所述步骤(4)中静置的时间为30～50s；所述甩胶的转速为3500～4500rpm，时间为25～35s。优选的，所述步骤(5)中空穴传输层的制备方法为：在所述钙钛矿薄膜上旋涂空穴传输层溶液后在氧气气氛中干燥24～48h。优选的，所述空穴传输层溶液由溶剂、2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴、锂盐和4-叔丁基吡啶配制得到；所述溶剂、2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴、锂盐和4-叔丁基吡啶的用量比为1mL：0.15～0.2mol：0.05～0.08mol：0.17～0.22mol；所述溶剂为氯苯和乙腈的混合溶剂；所述混合溶剂中氯苯和乙腈的体积比为1:0.1～0.3。优选的，所述步骤(5)中的金属电极为金电极。本专利技术提供了一种基于低压闪蒸晶化的钙钛矿薄膜光电器件的制备方法。本专利技术将FTO导电玻璃进行预处理后制备TiO2致密层，然后在TiO2致密层上旋涂卤化铅薄膜，再在卤化铅薄膜上滴加卤化甲胺溶液，使卤化铅和卤化甲胺充分反应后在低压条件下进行闪蒸晶化，从而得到钙钛矿薄膜，再在钙钛矿薄膜上依次制备空穴传输层和金属电极即可得到钙钛矿薄膜光电器件。本专利技术的制备方法通过低压闪蒸诱导晶化，在低压下以更低的沸点将溶剂迅速蒸发干净，然后将钙钛矿的各种反应物以可控的速率析出，再根据奥斯瓦尔德熟化效应使晶粒之间互相吞并生长成大晶粒。与常规的“两步法”相比，本专利技术提供的制备方法得到的钙钛矿薄膜表面更加均匀平整，整个钙钛矿薄膜层晶化程度更高。实施例结果表明，本专利技术提供的方法制备的钙钛矿薄膜中钙钛矿晶粒的尺寸能够达到500nm，且结晶度高，所得钙钛矿光电器件的光电转换效率能够达到14.13％，填充因子能够达到52.31。附图说明图1为本专利技术实施例1制备的钙钛矿薄膜光电器件的结构示意图；图2为本专利技术实施例1和对比例1制备的钙钛矿薄膜的X射线衍射表征图；图3为本专利技术实施例1制备的钙钛矿薄膜的扫描电子显微镜表征图；图4为本专利技术实施例1和对比例1制备的钙钛矿薄膜光电器件的电流-电压(I-V)转换效率曲线图。具体实施方式本专利技术提供了一种基于低压闪蒸晶化的钙钛矿薄膜光电器件的制备方法，包括以下步骤：(1)对FTO导电玻璃依次进行刻蚀、清洗、吹干和臭氧表面处理，得到预处理的FTO导电玻璃；(2)在所述预处理的FTO导电玻璃的刻蚀面旋涂TiO2致密层溶液后进行退火，形成TiO2致密层；(3)在所述TiO2致密层表面旋涂卤化铅溶液后干燥，形成卤化铅薄膜；(4)在所述卤化铅薄膜上滴加卤化甲胺溶液后依次进行静置、甩胶和低压闪蒸晶化，形成钙钛矿薄膜；所述低压闪蒸晶化的压力为10～200Pa，温度为100℃，时间为5～15min；(5)在所述钙钛矿薄膜上依次制备空穴传输层和金属电极，得到钙钛矿薄膜光电器件。本专利技术对FTO导电玻璃依次进行刻蚀、清洗、吹干和臭氧表面处理，得到预处理的FTO导电玻璃。本专利技术对所述FTO导电玻璃的面积没有特殊要求，在本专利技术的具体实施例中，可根据实际需要确定FTO导电玻璃的面积；所述FTO导电玻璃的FTO层厚度优选为700～900nm，更优选为800nm。在本专利技术中，所述刻蚀优选包括：使用锌粉和盐酸对导电玻璃的FTO层进行刻蚀，具体为：用胶带保护不需刻蚀的部分，并留出刻蚀线，先用锌粉填满刻蚀线，然后滴上盐酸反应10～15s，然后本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于低压闪蒸晶化的钙钛矿薄膜光电器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)对FTO导电玻璃依次进行刻蚀、清洗、吹干和臭氧表面处理，得到预处理的FTO导电玻璃；(2)在所述预处理的FTO导电玻璃的刻蚀面旋涂TiO2致密层溶液后进行退火，形成TiO2致密层；(3)在所述TiO2致密层表面旋涂卤化铅溶液后干燥，形成卤化铅薄膜；(4)在所述卤化铅薄膜上滴加卤化甲胺溶液后依次进行静置、甩胶和低压闪蒸晶化，形成钙钛矿薄膜；所述低压闪蒸晶化的压力为10～200Pa，温度为90～110℃，时间为10～25min；(5)在所述钙钛矿薄膜上依次制备空穴传输层和金属电极，得到钙钛矿薄膜光电器件。

【技术特征摘要】
1.一种基于低压闪蒸晶化的钙钛矿薄膜光电器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)对FTO导电玻璃依次进行刻蚀、清洗、吹干和臭氧表面处理，得到预处理的FTO导电玻璃；(2)在所述预处理的FTO导电玻璃的刻蚀面旋涂TiO2致密层溶液后进行退火，形成TiO2致密层；(3)在所述TiO2致密层表面旋涂卤化铅溶液后干燥，形成卤化铅薄膜；(4)在所述卤化铅薄膜上滴加卤化甲胺溶液后依次进行静置、甩胶和低压闪蒸晶化，形成钙钛矿薄膜；所述低压闪蒸晶化的压力为10～200Pa，温度为90～110℃，时间为10～25min；(5)在所述钙钛矿薄膜上依次制备空穴传输层和金属电极，得到钙钛矿薄膜光电器件。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中的TiO2致密层溶液由无水乙醇、酸和TiO2前驱体配制得到；所述酸包括浓盐酸和/或冰乙酸；所述TiO2前驱体包括钛酸四异丙醇酯和/或钛酸四丁酯；所述无水乙醇、酸和TiO2前驱体的用量比为3～7mL：5～10μL：0.2～0.5g。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中的退火方式为：以7.5～10℃/min的速率升温至150～200℃，保温20～30分钟，然后以5～7.5℃/min升温至300～350℃，保温20～30分钟，再以5～7.5℃/min升温至500℃，保温60～90分钟。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中形成TiO2致密层后还包括：将具有TiO2致密层的FTO导电玻璃在四氯化钛溶液中浸泡后依次进行干燥和退火；所述退火的方式为：以7.5～10℃/min的速率升温至150～200℃，保温20～30分钟，然后以5～7.5℃/min升温至300～350℃，保温20～30分钟...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄璐，崔星煜，杨伟光，李祎，史伟民，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海,31