一种基于非溶剂的钙钛矿薄膜、制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种基于非溶剂的钙钛矿薄膜、制备方法及应用，属于半导体材料技术领域。包括以下步骤：将一定比例的粉体原料混合后，于200～300℃处理0.5～1.5h，获得反应后的混合粉末；在真空条件下，采用电子束蒸发法，将反应后的混合粉末沉积至预设的衬底上，获得钙钛矿薄膜；将获得的钙钛矿薄膜，于100～450℃，退火5～50min，即得高质量的钙钛矿薄膜。本发明专利技术提供的方法无需溶剂参与，过程简单、可控进行CsPbBr3薄膜的制备。薄膜的制备。薄膜的制备。

【技术实现步骤摘要】
一种基于非溶剂的钙钛矿薄膜、制备方法及应用


[0001]本专利技术属于半导体材料
，具体涉及一种基于非溶剂的钙钛矿薄膜、制备方法及应用。

技术介绍

[0002]近年来，有机
‑
无机杂化钙钛矿材料因其优异的性能，在太阳能电池、二极管、光电探测器、激光器和场效应管等领域具有巨大的应用潜力，而其在太阳能电池领域的应用自然成为众多科学家的研究内容。自2009年以来，它的转换效率在短短十几年里由3.8％就上升到了25.5％。尽管它的光电转换效率发展迅速，但其A位的有机成分易受湿、热、光的影响降解，导致其效率衰减，不稳定。而全无机钙钛矿不含有机组分，大大的提高了其热稳定性。尤其是CsPbBr3，因其较大的容忍因子，具有优异的稳定性。电池的理论极限效率为16.37％，目前实验室最高效率为10.91％，开路电压可达1.7V。如此高的开路电压和优异的稳定性可以使它作为叠层电池的顶电池使用，特别是4端子叠层电池。因此CsPbBr3钙钛矿的研究还是具有十分重要的意义。
[0003]目前制备钙钛矿薄膜的方法常为溶剂法，成本低，操作简便；但是其缺点也显而易见，比如成膜不均匀，溶剂有毒性，对环境有害等。在制备CsPbBr3薄膜时，CsBr通常使用的有机溶剂，如二甲基亚砜(DMSO)和二甲基甲酰胺(DMF)等，中溶解度低，很难采用一步溶液法制备出致密、高质量的CsPbBr3薄膜，而采用多步溶液法时又比较容易产生杂相。此外，当制备大面积器件时，溶液法难以形成均匀且致密的薄膜，表面形貌较差。而当采用多源真空蒸发法时，沉积参数不易控制，操作繁琐。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于针对上述方法所存在的缺点与不足，提供一种基于非溶剂制备钙钛矿薄膜的方法，该方法无需溶剂参与，过程简单、可控进行CsPbBr3薄膜的制备。
[0005]本专利技术第一个目的是提供一种基于非溶剂制备钙钛矿薄膜的方法，包括以下步骤：
[0006]将一定比例的粉体原料混合后，于200～300℃处理0.5～1.5h，获得反应后的混合粉末；
[0007]在真空条件下，采用蒸发法，将反应后的混合粉末沉积至预设的衬底上，获得钙钛矿薄膜；
[0008]将获得的钙钛矿薄膜，于100～450℃，退火5～50min，即得退火后的钙钛矿薄膜。
[0009]优选的，所述原料为粉体的CsBr和PbBr2。
[0010]更优选的，所述CsBr和PbBr2摩尔比为1～2：1。
[0011]更优选的，所述钙钛矿薄膜为CsPbBr3薄膜。
[0012]优选的，所述蒸发法采用电子束蒸发法。
[0013]更优选的，所述蒸发法采用电子束蒸发法，所述调节蒸发束流为1
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10mA。
薄膜(as
‑
prepared)的光致发光(PL)测试光谱。
[0035]图12为实施例11～14提供的退火后的CsPbBr3薄膜及实施例11中未退火的CsPbBr3薄膜(as
‑
prepared)的扫描电子显微镜(SEM)照片。
[0036]图13为应用实施例9～12提供的太阳能电池及采用未退火的CsPbBr3薄膜制成的太阳能电池(as
‑
prepared)的的I
‑
V曲线。
[0037]图14为应用实施例11和应用实施例13～17提供的太阳能电池及采用未退火的CsPbBr3薄膜制成的太阳能电池(as
‑
prepared)的的I
‑
V曲线。
具体实施方式
[0038]为了使本领域技术人员更好地理解本专利技术的技术方案能予以实施，下面结合具体实施例和附图对本专利技术作进一步说明，但所举实施例不作为对本专利技术的限定。
[0039]需要说明的是，下述各实施例中采用的CsBr粉体的纯度≥99.9％；PbBr2粉体纯度≥99.9％；其他试剂和材料，如无特殊说明，均可在市场上购买得到；所述实验方法中如无特殊说明，均为常规方法。
[0040]实施例1
[0041]一种基于非溶剂制备钙钛矿薄膜的方法，见图1，包括以下步骤：
[0042]将石英玻璃衬底泡入去离子水中片刻去除衬底表面灰尘。然后用棉签蘸取洗洁精擦拭衬底表面。接着分别用去离子水、丙酮、酒精、异丙醇将擦拭干净的衬底超声10min，超声完成后，将衬底自然晾干，最后用紫外灯(UV)照射衬底10min。
[0043]称量CsBr:PbBr2＝1:1摩尔比的原料倒进研钵中进行混合研磨，不需要加任何溶液，研磨至橙黄色，说明原料反应；之后将混合粉末倒进反应釜内衬中，此步骤也不要加入任何溶液，拧紧反应釜形成封闭空间，将反应釜放置在鼓风干燥箱中250℃反应1h，待其冷却到室温取出备用；
[0044]用耐高温胶带将玻璃衬底固定在电子束蒸发镀膜机的基片架上，将反应釜反应后的混合粉末为靶材的坩埚放置在靶台上，调整基片架与靶台的距离，关闭真空室，镀制时将真空室的压强抽至4.0
×
10
‑4Pa，打开蒸发电源，设定手动镀制程序，预热机器5min，启动电子枪加热蒸发靶材，设置灯丝电流为0.5A、灯丝电压105
‑
110V，调节蒸发束流为1mA,蒸镀时间为1min，调节蒸发束流为2mA,蒸镀时间为30S，调节蒸发束流为3mA,蒸镀时间为30S，调节蒸发束流为4mA，蒸镀时间为1min，调节蒸发束流为5mA，蒸镀时间为5min；沉积完成后，手动关闭镀制程序，真空室中充入氮气，打开放气孔，取出CsPbBr3薄膜。
[0045]将沉积好的CsPbBr3薄膜放进瓷舟中，在马弗炉中根据目标温度和目标时间设定程序，进行退火。设置退火时间为10min，退火温度依次为300℃；当退火过程结束后自动降温，待薄膜冷却至温室时，打开马弗炉，取出CsPbBr3钙钛矿薄膜。
[0046]实施例2
[0047]与实施例1相同，不同之处在于，退火温度为100℃。
[0048]实施例3
[0049]与实施例1相同，不同之处在于，退火温度为200℃。
[0050]实施例4
[0051]与实施例1相同，不同之处在于，退火温度为350℃。
[0052]实施例5
[0053]与实施例1相同，不同之处在于，退火温度为400℃。
[0054]实施例6
[0055]与实施例1相同，不同之处在于，退火温度为450℃。
[0056]实施例7
[0057]与实施例1相同，不同之处在于，退火时间为5min。
[0058]实施例8
[0059]与实施例1相同，不同之处在于，退火时间为20min。
[0060]实施例9
[0061]与实施例1相同，不同之处在于，退火时间为30min。
[0062]实施例10
[0063]与实施例1相同，不同之处在于，退火时间为40min。
[0064]实施例1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于非溶剂制备钙钛矿薄膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：将一定比例的粉体原料混合后，于200～300℃处理0.5～1.5h，获得反应后的混合粉末；在真空条件下，采用蒸发法，将反应后的混合粉末沉积至预设的衬底上，获得钙钛矿薄膜；将获得的钙钛矿薄膜，于100～450℃，退火5～50min，即得退火后的钙钛矿薄膜。2.根据权利要求1所述的基于非溶剂制备钙钛矿薄膜的方法，其特征在于，所述原料为粉体的CsBr和PbBr2，通过研磨方式进行混合。3.根据权利要求2所述的基于非溶剂制备钙钛矿薄膜的方法，其特征在于，所述CsBr和PbBr2摩尔比为1～2：1。4.根据权利要求2所述的基于非溶剂制备钙钛矿薄膜的方法，其特征在于，所述钙钛矿薄膜为CsPbBr3薄膜。5.根据权利要求1所述的基于非溶剂制备钙钛矿薄膜的方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈永生，郭海中，刘林林，王嘉铭，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：