一种生长钙钛矿薄膜的方法技术

一种生长钙钛矿薄膜的方法，属于功能薄膜制备领域。升华PbI2材料，终端设置合适的PbI2生长温度。PbI2沉积完成后，该区加热源迅速降温。升华CH3NH3I，终端设置合适的CH3NH3I生长温度。使CH3NH3I的沉积区恰好与PbI2的沉积区重合。CH3NH3I与PbI2反应生成CH3NH3PbI3薄膜。利用化学气相沉积法制备了CH3NH3PbI3薄膜，丰富了制备CH3NH3PbI3薄膜的方法。

【技术实现步骤摘要】
一种生长钙钛矿薄膜的方法
本专利技术涉及一种生长钙钛矿薄膜的方法，属于功能薄膜制备领域。
技术介绍
钙钛矿材料是一种古老的材料，1839年首次发现于俄罗斯乌拉尔山脉。这种材料多为立方体或八面体，具有奇特属性。它可以是半导体，也可以是超导体，取决于其结构。作为一种新型功能材料，钙钛矿在环境保护和工业催化等领域具有很大的开发潜力。相比于硅和其他LED制备材料，钙钛矿更廉价，制备工艺也更简单。有机——无机杂化的钙钛矿材料也被很多科学家视为氮化镓等LED制备材料的替代品，但成膜效率低、稳定性不高这两个缺点制约了其在LED领域的应用。近几年，由于其在太阳能电池领域的应用而受到持续关注。太阳能电池经历了第一代单晶硅和多晶硅太阳能电池技术，第二代非晶硅薄膜电池和多晶硅薄膜电池技术，以及以染料敏化电池、量子点电池和有机太阳能电池为主的第三代高效率新概念电池技术的三个主要发展进程。硅基太阳能电池是发展最完善、应用最广泛的第一代太阳能技术之一，但由于高纯硅的制备成本高、耗能高等成为制约硅基太阳能电池产业化应用的主要难题。较第一代太阳能技术相比，非晶硅薄膜太阳能技术能够容忍较高的缺陷密度，因此发展速度迅猛，但同样受到生产成本、环境污染，以及稀有元素难以持续发展等普遍问题的制约。1991年Gratzel开发出了光电转化效率7.1％的染料敏化太阳能电池，开创了第三代太阳能技术的新时代，因其成本低廉、原料丰富等优势而受到了关注。虽然染料敏化太阳能电池经过二十多年的发展效率最高已超过13％，但仍然面临稳定性差、机理复杂、难以大规模生产等诸多问题，短时间内很难实现技术突破。2013年Science杂志将钙钛矿太阳能电池列为2013年度世界十大科技进展之一，正式开启了钙钛矿太阳能电池发展的历史新纪元。钙钛矿太阳能电池性能的快速提高主要得益于钙钛矿薄膜形态的有效控制，而钙钛矿薄膜制备技术起到了至关重要的作用。目前制备钙钛矿薄膜的方法主要有溶液法、共蒸发法以及气相辅助沉积等方法。在溶液法中，前体之间的反应剧烈，导致钙钛矿薄膜生长不受控制，形态变化较大，且有溶剂互溶的问题，重复性较差。共蒸发法和气相辅助沉积法都涉及到高真空设备，成本较高。化学气相沉积(CVD)法的工作原理是将反应物高温加热气化，在载流气体的传输下沉积到基片上，生成固态化合物，其本质是将反应物进行传输、反应、生成的过程。目前关于CVD法制备钙钛矿薄膜的研究未见报道。本专利技术首次采用CVD法制备钙钛矿薄膜，对钙钛矿太阳能电池的研究具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于利用化学气相沉积法分步升华终端控温的方法制备钙钛矿薄膜，拓宽了有机‐无机杂化钙钛矿薄膜的制备方法。本专利技术的目的可通过如下技术流程实现：一种生长钙钛矿薄膜的方法，其特征在于，采用的装置为：一个空腔，空腔内底部独立放置优选依次放置有CH3NH3I、PbI2、衬底；CH3NH3I、PbI2和衬底所在的底部或位置均能控温，空腔相对的两侧面开有孔，用于通入惰性气体如氩气作为载气体，使得气体经过CH3NH3I、PbI2到达衬底，即衬底作为终端；具体制备方法包括以下步骤：(1)将衬底如利用ITO玻璃作为衬底，依次在甲苯、丙酮、乙醇以及去离子水中超声清洗后放入手套箱中干燥1小时备用；将清洗后的衬底、PbI2材料、CH3NH3I材料放在所述的装置中；(2)采用PbI2材料所在的底部或位置的热源升华PbI2材料，衬底所在的终端设置合适的PbI2生长温度150‐250℃，优选200℃，PbI2沉积完成后，该衬底所在的终端热源和PbI2材料所在的底部或位置的热源迅速降温；(3)采用CH3NH3I材料所在的底部或位置的热源升华CH3NH3I材料，衬底所在的终端设置合适的CH3NH3I生长温度50‐100℃，优选70℃；使CH3NH3I沉积到步骤(2)的PbI2沉积区上，CH3NH3I与PbI2反应生成CH3NH3PbI3薄膜。有益效果：利用化学气相沉积法制备了CH3NH3PbI3薄膜，丰富了制备CH3NH3PbI3薄膜的方法。附图说明图1为CVD法制备CH3NH3PbI3薄膜的实验装置示意图。图2为实施例所得到的CH3NH3PbI3薄膜的XRD曲线；(a)(b)(c)分别对应实施例1、2、3。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步说明，但本专利技术并不限于以下实施例。实施例1(1)利用ITO玻璃作为衬底，将衬底依次在甲苯、丙酮、乙醇以及去离子水中超声清洗后放入手套箱中干燥1小时备用。(2)在300℃的温度下升华PbI2材料，Ar气作为传输气体输运5min，终端生长温度为200℃。沉积完成后，迅速降温加热源温度。(3)在160℃的温度下升华CH3NH3I，Ar气作为传输气体输运60min，终端生长温度为70℃。实施例2(1)利用ITO玻璃作为衬底，将衬底依次在甲苯、丙酮、乙醇以及去离子水中超声清洗后放入手套箱中干燥1小时备用。(2)在300℃的温度下升华PbI2材料，Ar气作为传输气体输运20min，终端生长温度为200℃。沉积完成后，迅速降温加热源温度。(3)在160℃的温度下升华CH3NH3I，Ar气作为传输气体输运60min，终端生长温度为70℃。实施例3.(1)利用ITO玻璃作为衬底，将衬底依次在甲苯、丙酮、乙醇以及去离子水中超声清洗后放入手套箱中干燥1小时备用。(2)在300℃的温度下升华PbI2材料，Ar气作为传输气体输运60min，终端生长温度为200℃。沉积完成后，迅速降温加热源温度。(3)在160℃的温度下升华CH3NH3I，Ar气作为传输气体输运60min，终端生长温度为70℃。从图(a)可以看出，当PbI2较薄时，CH3NH3I过量，在生成CH3NH3PbI3后，表面会沉积一层CH3NH3I薄膜，显示出其特征峰。从图(c)可以看出，当PbI2较厚时，只在薄膜表面生成CH3NH3PbI3，薄膜结构是以PbI2晶体结构为主，因此PbI2衍射峰非常显著。在图(b)中，CH3NH3PbI3的钙钛矿结构特征峰非常显著，略带一些CH3NH3I的特征峰，说明在此实验条件下，CH3NH3I和PbI2几乎全部合成CH3NH3PbI3，薄膜结晶性良好。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种生长钙钛矿薄膜的方法，其特征在于，采用的装置为：一个空腔，空腔内底部独立放置优选依次放置有CH3NH3I、PbI2、衬底；CH3NH3I、PbI2和衬底所在的底部或位置均能控温，空腔相对的两侧面开有孔，用于通入惰性气体如氩气作为载气体，使得气体经过CH3NH3I、PbI2到达衬底，即衬底作为终端；具体制备方法包括以下步骤：(1)将衬底如利用ITO玻璃作为衬底，依次在甲苯、丙酮、乙醇以及去离子水中超声清洗后放入手套箱中干燥1小时备用；将清洗后的衬底、PbI2材料、CH3NH3I材料放在所述的装置中；(2)采用PbI2材料所在的底部或位置的热源升华PbI2材料，衬底所在的终端设置合适的PbI2生长温度150‑250℃，PbI2沉积完成后，该衬底所在的终端热源和PbI2材料所在的底部或位置的热源迅速降温；(3)采用CH3NH3I材料所在的底部或位置的热源升华CH3NH3I材料，衬底所在的终端设置合适的CH3NH3I生长温度50‑100℃；使CH3NH3I沉积到步骤(2)的PbI2沉积区上，CH3NH3I与PbI2反应生成CH3NH3PbI3薄膜。

【技术特征摘要】
1.一种生长钙钛矿薄膜的方法，其特征在于，采用的装置为：一个空腔，空腔内底部独立放置优选依次放置有CH3NH3I、PbI2、衬底；CH3NH3I、PbI2和衬底所在的底部或位置均能控温，空腔相对的两侧面开有孔，用于通入惰性气体如氩气作为载气体，使得气体经过CH3NH3I、PbI2到达衬底，即衬底作为终端；具体制备方法包括以下步骤：(1)将衬底如利用ITO玻璃作为衬底，依次在甲苯、丙酮、乙醇以及去离子水中超声清洗后放入手套箱中干燥1小时备用；将清洗后的衬底、PbI2材料、CH3NH3I材料放在所述的装置中；(2)采用PbI2材料所在的底部或位置的热源升华PbI2材料，衬底所在的终端设置合适...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓金祥，李瑞东，陈亮，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京,11