一种可穿戴铁电光伏薄膜的制备方法技术

本发明专利技术提供一种可穿戴铁电光伏薄膜的制备方法，其先将Bi(NO3)3·

【技术实现步骤摘要】
一种可穿戴铁电光伏薄膜的制备方法


[0001]本专利技术属于光伏材料与
，具体涉及一种可穿戴铁电光伏薄膜的制备方法。

技术介绍

[0002]面对当前能源消耗和环境污染的双重考验，对于清洁的可再生能源的利用成为了亟待解决的问题。随着光电转换技术的逐渐发展，光伏效应在现代工业中已经显示出明显的优势，它可以将太阳光能转换成电能，来缓解能源危机。传统的半导体光伏效应是基于PN结实现光电转换过程，利用空间电荷区来分离光生载流子，这就导致所产生的开路电压受限于带隙，使得光电转换效率很难进一步提升。而铁电光伏材料由于具有不受带隙限制的开路电压和绿色不含毒性的优点，有望获得优异的光伏性能而被广泛应用。如今，随着电子器件集成度的不断发展，人们对于其便携性、可弯曲性和轻量性有了更高的要求，所以柔性电子器件的研究和使用获得了极大的认可与发展前景。因此，柔性光伏器件在可穿戴设备、智能电子设备以及医疗器械等领域展示出巨大的应用潜力。但由于P型和N型半导体之间费米能级差的限制，产生的开路电压总是被材料的带隙所限制。且现有铁电光伏薄膜材料不具备薄膜可弯折的特征，大大限制其应用场景范围。
[0003]现有的铁电光伏薄膜制备方法，例如脉冲激光沉积法(PLD)，制备过程需要在真空环境中进行，工作条件要求高，仪器设备成本高，沉积速度慢，每小时的沉积厚度约在几百纳米到1微米范围，目前只能用于科学研究，不适合用于生产。此外，目前使用广泛的磁控溅射技术，在氧化物薄膜沉积时，由于氧原子活性较高，导致金属的不稳定性和反常的生产行为，不仅如此，由于反应溅射滞后效应的影响，制备出的薄膜化学计量比出现差异，不适用于柔性NBT
‑
SCO((Na
0.5
Bi
0.5
TiO3)
‑
SrCoO3)材料的制备。SCO固溶到NBT中形成固溶体，就是在保持原有NBT结构的情况下，将一定量的SCO的组元按照相应位点加入到NBT结构中，简单的说就是Sr离子和Co离子替换原来结构中的Na、Bi离子和Ti离子形成的结构。

技术实现思路

[0004]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种柔性可穿戴铁电光伏薄膜的制备方法。其制备出的NBT
‑
SCO薄膜不仅能够将太阳能转换为电能输出，并且薄膜可弯折的特性使其可以被应用到更广泛的领域。
[0005]具体而言，本专利技术提出了一种可穿戴铁电光伏薄膜的制备方法，利用溶胶
‑
凝胶法制备出可穿戴的NBT
‑
SCO薄膜，在光照的条件下，薄膜中位于价带的电子受光子激发跃迁到导带上，光生载流子在退极化场的作用下分离并定向移动形成电流，实现光电转换过程。此外，通过对配体场和氧空位浓度的调控，可以提高薄膜的光伏性能。所制备出的可穿戴薄膜可以应用在各种可穿戴设备、智能电子设备以及生物医学等领域。
[0006]本专利技术提出的一种可穿戴铁电光伏薄膜的制备方法，其特征包括如下步骤：
[0007]1)首先配置NBT
‑
SCO溶胶并放在干燥的环境中老化8
‑
10天；
[0008]1)制备柔性衬底，用吸管吸取步骤1)中的溶胶滴在柔性衬底上，随后使用匀胶机将溶胶旋涂到柔性衬底上，转速分别设置为500转/分和5500转/分，分别旋涂15s和30s；
[0009]3)最后在250
‑
280℃的烘烤台上烘烤3分钟，然后放入快速退火炉中在600℃下烧结5分钟；
[0010]4)重复上述操作8到10次，再进行终退火15分钟，自然冷却得到薄膜；接着将掩模板覆盖在所述薄膜上，利用磁控溅射技术在所述薄膜上沉积直径为0.1mm的顶部Au电极；
[0011]5)将步骤4)制备的薄膜经过机械剥离获得可穿戴铁电光伏薄膜NBT
‑
SCO。
[0012]优选的，所述步骤1)中NBT
‑
SCO溶胶通过如下步骤制取：将Bi(NO3)3·
5H2O五水合硝酸铋，CH3COONa乙酸钠，Sr(C2H3O2)2乙酸锶，Co(NO3)2·
6H2O六水合硝酸钴，(C4H9O)4Ti钛酸四丁酯按照化学计量比399
‑
679:399
‑
679:42:42:798
‑
1358，加入到乙二醇甲醚的溶剂中，并加入适量乙酰丙酮，配制成浓度为0.4mol/L的溶胶。其中所述乙酰丙酮的作用是为了抑制钛酸四丁酯的水解。
[0013]优选的，所述步骤(2)中柔性衬底的制备步骤如下：利用磁控溅射技术，在氟晶云母衬底上沉积一层Pt层，作为底电极和缓冲层。
[0014]优选的，所述步骤3)和步骤4)中的退火过程是在氧气的氛围中进行的。因为薄膜在退火过程中如果缺乏氧气环境，就会造成晶格内部因缺氧导致制备出的薄膜表面粗糙，因此，退火过程需要在氧气氛围下参与。
[0015]优选的，所述步骤(5)中使用的机械剥离方式为手术刀机械剥离；
[0016]在步骤1)所述NBT
‑
SCO溶胶的制备中，环境老化时间对获取澄清NBT
‑
SCO溶胶起着重要作用，老化时间太短，溶胶中水解、缩合等一系列化学反应不充分，老化时间太长则无法形成稳定的溶胶，溶胶极易变质且不易于旋涂，如图2中的(b)所示，老化时间为11天时，凝胶产生分层，造成溶胶制备失败，而老化时间为10天的图2中的(a)中溶胶液均一透明，说明溶胶制备成功。
[0017]所述步骤2)中的匀胶机转速高于5500r/min，会使得溶胶无法均匀旋涂，低于500转/分时，会使每层溶胶太厚，溶胶在烘烤后容易开裂，所述步骤2)中设置两步旋转是为了制备最优的薄膜，第一步小的转速是为了将溶胶涂满整个薄膜，并将多余的溶胶甩掉，15秒的时间刚好可以满足这个要求，第二步高转速是为了将溶胶均匀的旋涂在薄膜上，稍长一点30秒的时间可以保证旋涂的均匀性。
[0018]所述步骤3)中的烘烤温度太低，无法完全将有机溶剂挥发且造成烘烤时间延长，而烘烤温度太高则会使得薄膜表面会在急速升温过程中出现裂缝。因此，经反复试验探究，确定步骤3)中的烘烤温度在250
‑
280℃内为宜。
[0019]与现有技术相比，本专利技术的有益效果：
[0020]1)通过使用柔性衬底对硬性衬底的替代，获得了一种柔性可穿戴铁电光伏薄膜，相对于其他柔性光伏薄膜的制备方式，本专利技术制备方法操作简单，工艺稳定，成功率高；填补了现有制备铁电光伏薄膜材料不具备薄膜可弯折性的方法空白，相比脉冲激光沉积法和磁控溅射技术，不需要使用特殊的昂贵设备和严苛的真空环境，制备出的薄膜组分中化学计量比与原始物料配比几无损失差异，避免了磁控溅射技术的不足。
[0021]2)通过调整固溶比选择0.03
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0.05，能够实现对配体场和氧空位浓度的调控，提高薄膜的光伏性能。试验证明固溶比超过0.05，薄膜的光伏性能会有明显下降，而在0.05时，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可穿戴铁电光伏薄膜的制备方法，其特征在于：1)首先配置NBT
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SCO溶胶并放在干燥的环境中老化8
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10天；2)制备柔性衬底，用吸管吸取所述步骤1)中老化后的溶胶滴在所述柔性衬底上，随后使用匀胶机将溶胶旋涂到柔性衬底上，转速分别先后设置为500转/分和5500转/分，分别旋涂15s和30s；3)最后在250
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280℃的烘烤台上烘烤3分钟，然后放入快速退火炉中在600℃下烧结5分钟；4)重复上述操作8到10次，再进行终退火15分钟，自然冷却得到薄膜；接着将掩模板覆盖在所述薄膜上，利用磁控溅射技术在所述薄膜上沉积直径为0.1mm的顶部Au电极；5)将步骤4)制备的具有顶部Au电极的薄膜经过机械剥离获得可穿戴铁电光伏薄膜NBT
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SCO。2.根据权利要求1所述的可穿戴铁电光伏薄膜的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中NBT
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SCO溶胶通过如下步...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵世峰，刘亚平，郭飞，白玉龙，
申请(专利权)人：内蒙古大学，
类型：发明
国别省市：