一种新型低维钙钛矿薄膜的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种低维钙钛矿薄膜的制备方法，包括以下步骤：手套箱中在衬底上旋涂含Pb

【技术实现步骤摘要】
一种新型低维钙钛矿薄膜的制备方法
本专利技术属于材料
，具体涉及一种新型低维钙钛矿薄膜的制备方法。
技术介绍
有机无机杂化材料CH3NH3PbX3为钙钛矿晶型，是一种成本低廉、易成膜、窄带隙、吸光性能好、载流子迁移率高的双极性半导体材料,基于这类材料制备的薄膜太阳能电池被称为钙钛矿型太阳能电池。近几年来，钙钛矿太阳能电池的研究得到了快速发展,引起了国际上的广泛关注，钙钛矿太阳能电池也因此《Science》评选为2013年十大科学突破之一，短短九年时间其光电转换效率从3.8％提高到24.2％。钙钛矿型太阳能电池有两大重要技术指标，包括电池的光电转换效率和电池的稳定性。近几年来,有关钙钛矿太阳能电池最高光电转换效率的研究报道不断呈现，但是关于钙钛矿太阳能电池稳定性的研究相对滞后,钙钛矿太阳能电池稳定性问题已经成为制约钙钛矿太阳能电池发展的瓶颈。不解决钙钛矿太阳能电池稳定性问题就无法实现高效率钙钛矿太阳能电池电池器件的可重复性制备；不解决钙钛矿太阳能电池稳定性问题，就无法实现钙钛矿太阳能电池电池器件的长寿命；没有钙钛矿太阳能电池电池器件的可重复性和长寿命，也就从根本上无法实现低成本高效率钙钛矿太阳能电池的产业化及应用。在探索如何解决钙钛矿太阳能电池长期稳定性的基础上，研究者发现低维(Low-Dimensional)钙钛矿具有比三维钙钛矿更为优异的湿度稳定性，低维钙钛矿也因此逐渐发展起来；低维层状钙钛矿材料通式为(R-NH3)2An-1MnX3n+1(其中R-NH3＝C6H5C2H4NH3+、C4H9NH3+等，A＝MA+、FA+或Cs+,M＝Pb+orSn+,X＝Cl—、Br—或I—)与三维钙钛矿材料相比，低维钙钛矿材料是在三维钙钛矿中引入长链的有机间隔阳离子R-NH3，当每两层钙钛矿层间插入一层有机层时称为二维钙钛矿结构，这样的结构可以减缓水分子的侵入，故低维钙钛矿比三维钙钛矿具有更好的湿度稳定性；当前，对应用于低维钙钛矿的R-NH3有机物研究主要集中在C6H5C2H4NH2(PEA)和n-C4H9NH2(n-BA)，近几年研究者们也在不断地开展研究其他有机阳离子例如n-C6H13NH3+，n-CH3(CH2)2NH3+，iso-C4H9NH3+，CH3(CH2)2NH3+(PA+)。但现在制备的大多数低维钙钛矿太阳能电池因为量子限域等原因，光电转换效率都不够高，因此我们需要不断探索其他种类的有机物材料来得到更高效率。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种新型低维钙钛矿薄膜制备方法，以两步法获得结晶度高、表面质量好的钙钛矿薄膜；该方法工艺简单、成本低廉，获得的薄膜表面光滑平整、结晶度高，将其应用于钙钛矿太阳能电池的吸光层稳定性好吸收好，最终获得性能优异且稳定的太阳能电池原型器件。为达到上述目的，采用技术方案如下：一种低维钙钛矿薄膜的制备方法，包括以下步骤：1)钙钛矿薄膜的制备手套箱中在衬底上旋涂含Pb+前驱体溶液，退火处理，即可在衬底表面制备得到钙钛矿薄膜；所述含Pb+前驱体溶液按以下方式制备而来：将碘丙胺(PAI)、PbI2溶于有机溶剂中，震荡溶解均匀，经过滤后即可得到含Pb+前驱体溶液；所述有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亚砜(DMSO)或二者的混合；2)(PA)2(FA)n-1PbnI3n+1低维钙钛矿薄膜的制备将所得钙钛矿薄膜放置到常温后旋涂FAI前驱体溶液，退火处理，得到(PA)2(FA)n-1PbnI3n+1低维钙钛矿薄膜，其中n为无机层层数，n＝1、2、3、4或5；所述碘甲脒(FAI)前驱体溶液按以下方式制备而来：将FAI与异丙醇(IPA)混合，震荡溶解均匀，即可得到FAI前驱体溶液。按上述方案，所述衬底为FTO、ITO、FTO/TiO2或FTO/SnO2。按上述方案，步骤1中PAI与PbI2的摩尔比为2:n，其中n＝1、2、3、4或5。按上述方案，所述含Pb+前驱体溶液中Pb+浓度为0.8～1mol/L。按上述方案，所述FAI前驱体溶液中FAI浓度为10～100mg/ml。按上述方案，步骤1旋涂工艺参数为：取20～40μL含Pb+前驱体溶液涂覆在衬底表面，旋涂速率为2000～5000rpm，旋涂时间为20～60s。按上述方案，步骤2旋涂工艺参数为：取60～150μLFAI前驱体溶液在旋涂开始5～10s后快速涂覆在衬底表面，旋涂速率为2000～5000rpm，旋涂时间为20～60s。按上述方案，所述退火处理温度为0～150℃，退火时间为10～30min。与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：本专利技术选用链长较短、体积较小的PA+作为有机间隔阳离子；热稳定性好，禁带宽度短的FA+作为A’位阳离子。以“两步法”来旋涂得到这种新型(PA)2(FA)n-1PbnI3n+1低维钙钛矿薄膜，制备工艺简单、成本低廉，获得的薄膜表面光滑平整、结晶度高，将其应用于钙钛矿太阳能电池的吸光层，制备得到的低维钙钛矿薄膜的吸光层稳定性好，吸收好，最终获得性能优异且稳定的太阳能电池原型器件，这有利于促进钙钛矿太阳能电池的商业化进程。本专利技术研究了不同FAI前驱体溶液浓度以及不同含Pb+前驱体溶液溶剂比例对钙钛矿太阳能电池性能的影响。其中FAI浓度过低会有大量未反应的结晶PbI2，浓度过高会生成过多的钙钛矿晶粒；而DMSO会与PbI2形成络合物，适当的络合物能进一步降低最终PbI2的结晶度，过多的络合物会使薄膜难以旋涂，出现孔洞。因此选取合适的FAI前驱体溶液浓度与含Pb+前驱体溶液溶剂比例，得到的钙钛矿太阳能电池的光电转换效率、短路电流密度以及填充因子都有明显的提升，所制备得到的钙钛矿太阳能电池的光电转换效率达到了12.55％，电池在空气中性能较为稳定。附图说明图1：实施例1～4所制备的(PA)2(FA)n-1PbnI3n+1钙钛矿薄膜的紫外-可见光吸收谱图；图2：实施例2、5、6所制备的(PA)2(FA)n-1PbnI3n+1钙钛矿薄膜的XRD图；图3：实施例1～4制备的钙钛矿太阳能电池的J-V曲线；图4：实施例2、5、6制备的钙钛矿太阳能电池的J-V曲线；图5：实施例2、5、6所制备的(PA)2(FA)n-1PbnI3n+1钙钛矿薄膜的表面扫描图；图6：实施例5制备的低维钙钛矿太阳能电池与实施例7制备的不含PAI的三维钙钛矿太阳能电池稳定性对比曲线；图7：实施例7所制备的(PA)2(FA)n-1PbnI3n+1低维钙钛矿薄膜电池结构示意图。具体实施方式为使本领域技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面将制备的(PA)2(FA)n-1PbnI3n+1低维钙钛矿薄膜应用于钙钛矿太阳能电池的吸光层并结合附图对本专利技术作进一步详细描述，实施例所描述的具体物料比例、工艺条件及其结果仅用于说明本专利技术，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本专利技术。本专利技术提供一种低维钙钛矿薄本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低维钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于包括以下步骤：/n1)钙钛矿薄膜的制备/n手套箱中在衬底上旋涂含Pb

【技术特征摘要】
1.一种低维钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1)钙钛矿薄膜的制备
手套箱中在衬底上旋涂含Pb+前驱体溶液，退火处理，即可在衬底表面制备得到钙钛矿薄膜；所述含Pb+前驱体溶液按以下方式制备而来：
将碘丙胺(PAI)、PbI2溶于有机溶剂中，震荡溶解均匀，经过滤后即可得到含Pb+前驱体溶液；所述有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亚砜(DMSO)或二者的混合；
2)(PA)2(FA)n-1PbnI3n+1低维钙钛矿薄膜的制备
将所得钙钛矿薄膜放置到常温后旋涂FAI前驱体溶液，退火处理，得到(PA)2(FA)n-1PbnI3n+1低维钙钛矿薄膜，其中n为无机层层数，n＝1、2、3、4或5；
所述碘甲脒(FAI)前驱体溶液按以下方式制备而来：
将FAI与异丙醇(IPA)混合，震荡溶解均匀，即可得到FAI前驱体溶液。


2.如权利要求1所述低维钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于所述衬底为FTO、ITO、FTO/TiO2或FTO/SnO2。


3.如权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭丽玲，陈南豪，甘小燕，赵文慧，黄佩，许田野，刘韩星，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42