一种基于绿色溶剂用于溶液法制备钙钛矿薄膜的方法技术

本发明专利技术提供了一种基于绿色溶剂用于溶液法制备钙钛矿薄膜的方法，涉及钙钛矿太阳能电池领域。所述溶剂为γ

【技术实现步骤摘要】
一种基于绿色溶剂用于溶液法制备钙钛矿薄膜的方法


[0001]本专利技术涉及钙钛矿太阳能电池领域，具体的，涉及一种基于绿色溶剂用于溶液法制备钙钛矿薄膜的方法。

技术介绍

[0002]有机无机杂化钙钛矿材料具有可溶液法制备、高载流子迁移率、高吸光度、高荧光量子产率的特点，基于钙钛矿材料的光电器件如钙钛矿太阳能电池和钙钛矿发光二级管的效率近年来快速提升，成为下一代太阳能电池和固体发光领域的有力竞争者。然而溶液法制备钙钛矿光电器件需要用到一些具有较高毒性的溶剂，如N，N
‑
二甲基甲酰胺是常用的制备前驱体溶液的溶剂，该溶剂是国家标准GB5044
‑
85《职业性接触毒物危害程度分级》中III级(中度危害)危害程度的化学试剂，在大规模生产过程中，溶剂会大量挥发，对操作人员及环境造成极大的影响。另一种常用溶剂γ
‑
丁内酯是易制毒危化品，其大规模使用存在一定风险并受国家的严格管控。因此，开发一种适用于钙钛矿材料的低毒性溶剂是实现钙钛矿光电器件商业化的关键技术之一。

技术实现思路

[0003]针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的是提供一种用于溶液法制备钙钛矿光电器件的低毒性的溶剂。溶剂中的γ
‑
戊内酯为我国GB2760
‑
86规定为允许使用的食用香料。
[0004]本专利技术的目的是通过以下方案实现的：
[0005]本专利技术提供一种基于绿色溶剂用于溶液法制备钙钛矿薄膜的方法，其特征在于，所述绿色溶剂为γ
‑
戊内酯溶剂，所述制备方法如下：
[0006]步骤一、将钙钛矿材料溶于γ
‑
戊内酯溶剂，得到前驱体溶液A；
[0007]步骤二、通过涂布工艺将步骤一得到的前驱体溶液A成膜，获得钙钛矿前驱体薄膜；
[0008]步骤三、将步骤二得到的钙钛矿前驱体薄膜使用反溶剂处理，得到准钙钛矿薄膜；
[0009]步骤四、将步骤二得到的准钙钛矿薄膜通过退火工艺，得到钙钛矿薄膜。
[0010]优选的，所述绿色溶剂包括如下特征：
[0011](1)、所述溶剂低毒性；
[0012](2)、所述溶剂能溶解钙钛矿材料获得前驱体溶液；
[0013](3)、所述前驱体溶液适合大规模制备钙钛矿薄膜。
[0014]优选的，所述绿色溶剂特征(1)中低毒性以GB5044
‑
85《职业性接触毒物危害程度分级》为标准，且为我国GB2760
‑
86允许使用的食用香料。
[0015]优选的，所述步骤一中钙钛矿材料化学组分为ABX3，其中A为CH(NH3)
2+
(FA
+
)；B为Pb
2+
或Sn
2+
；X为I
‑
、Br
‑
、Cl
‑
中的一种或多种。
[0016]优选的，所述步骤一中前驱体溶液A浓度为0.01～10mol/L。
[0017]优选的，所述步骤二中涂布工艺包括旋涂法、刮刀涂布、狭缝涂布、喷雾涂布中的
一种或多种。
[0018]优选的，所述步骤三中反溶剂包括氯苯、甲苯、乙酸乙酯、乙酸戊酯、苯甲醚、石油醚、乙醚、六氟苯、八氟甲苯中的两种或多种以上溶剂的混合溶剂。
[0019]优选的，所述步骤三中处理方法包括旋涂法、刮刀涂布、狭缝涂布、喷雾涂布、反溶剂浸泡中的一种或多种。
[0020]优选的，所述步骤四中退火温度为80～200℃，退火时间为1～120min，退火温度和时间低于此范围，不易形成钙钛矿，超过此范围，形成的钙钛矿会发生分解。
[0021]与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：
[0022]1、本专利技术所用溶剂为低毒溶剂，在大规模生产中对操作人员及环境影响小；
[0023]2、本专利技术制备的前驱体薄膜具有长的时间窗口，可在完成前驱体薄膜制备后再用反溶剂处理；
[0024]3、本专利技术制备的钙钛矿薄膜通过X射线衍射图谱和扫描电子显微镜发现具有高结晶性、大的晶粒尺寸与高覆盖度。
附图说明
[0025]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
[0026]图1为实施例1中FAPbI3薄膜的扫面电子显微镜图；
[0027]图2为实施例1得到的前驱体薄膜的照片；
[0028]图3为实施例1得到的准钙钛矿薄膜的照片；
[0029]图4为实施例1退火后得到的钙钛矿薄膜的照片；
[0030]图5为实施例1中钙钛矿薄膜的紫外可见吸收光谱；
[0031]图6为实施例1中钙钛矿薄膜的X射线衍射图谱；
[0032]图7为实施例2得到的太阳能电池器件的J
‑
V曲线；
[0033]图8为对比例1中钙钛矿薄膜的扫面电子显微镜；
[0034]图9为对比例1中钙钛矿薄膜的X射线衍射图谱。
具体实施方式
[0035]下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。
[0036]以下实施例提供了一种用于溶液法制备钙钛矿薄膜及光电器件的溶剂体系，该溶剂体系制备钙钛矿薄膜包括如下步骤：
[0037]S1、将一定量钙钛矿材料溶于γ
‑
戊内酯中，得到前驱体溶液A；
[0038]S2、通过涂布工艺将溶液A成膜，获得钙钛矿前驱体薄膜；
[0039]S3、使用反溶剂处理钙钛矿前驱体薄膜，获得准钙钛矿薄膜；
[0040]S4、将准钙钛矿薄膜退火，即可。
[0041]步骤S1中，所述钙钛矿材料为ABX3，其中A为CH(NH3)
2+
(FA
+
)；B为Pb
2+
或Sn
2+
；X为I
‑
、
Br
‑
、Cl
‑
中的一种或多种。
[0042]步骤S1中，所述溶液A中还可加入甲胺氯、甲脒氯、甲胺溴、甲脒溴、氯化铅中的一种或多种混合作为添加剂，前驱体溶液中添加剂与Pb的摩尔比为0
‑
1。
[0043]步骤S1中，所述溶剂为γ
‑
戊内酯。
[0044]步骤S1中，所述的溶液A中钙钛矿的浓度为0.01
‑
10mol/L。
[0045]步骤S2中，所述涂布工艺包括但不限于旋涂法、刮刀涂布、狭缝涂布、喷雾涂布。
[0046]步骤S3中，所述反溶剂为氯苯、甲苯、乙酸乙酯、乙酸戊酯、苯甲醚、石油醚、乙醚、六氟苯、八氟甲苯、两种或多种以上溶剂的混合溶剂中的至少一种。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于绿色溶剂用于溶液法制备钙钛矿薄膜的方法，其特征在于，所述绿色溶剂为γ
‑
戊内酯溶剂，所述制备方法如下：步骤一、将钙钛矿材料溶于γ
‑
戊内酯溶剂，得到前驱体溶液A；步骤二、通过涂布工艺将步骤一得到的前驱体溶液A成膜，获得钙钛矿前驱体薄膜；步骤三、将步骤二得到的钙钛矿前驱体薄膜使用反溶剂处理，得到准钙钛矿薄膜；步骤四、将步骤二得到的准钙钛矿薄膜通过退火工艺，得到钙钛矿薄膜。2.根据权利要求1所述的一种基于绿色溶剂用于溶液法制备钙钛矿薄膜的方法，其特征在于，所述绿色溶剂为γ
‑
戊内酯，包括如下特征：(1)、低毒性；(2)、能溶解钙钛矿材料获得前驱体溶液；(3)、所述前驱体溶液适合大规模制备钙钛矿薄膜。3.根据权利要求2所述的一种基于绿色溶剂用于溶液法制备钙钛矿薄膜的方法，其特征在于，特征(1)中低毒性以GB5044
‑
85《职业性接触毒物危害程度分级》为标准，且为我国GB2760
‑
86允许使用的食用香料。4.根据权利要求1所述的一种基于绿色溶剂用于溶液法制备钙钛矿薄膜的方法，其特征在于，所述步骤一中钙钛矿材料化学组分为ABX3，其中A为CH(NH3)
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【专利技术属性】
技术研发人员：赵一新，王天富，缪炎峰，任孟，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：