一种无甲胺组分钙钛矿薄膜的制备方法及其应用技术

本发明专利技术属于钙钛矿技术领域，具体涉及一种无甲胺组分钙钛矿薄膜的制备方法及其应用。本发明专利技术提供的一种无甲胺组分钙钛矿薄膜的制备方法，采用蒸镀多元混合熔融盐制备前驱体薄膜，有效解决了传统多源共蒸铅盐薄膜工艺难以监控蒸镀速率，实验重复性差，实验复杂度高等诸多问题，更适用于工业化生产。将该无甲胺钙钛矿薄膜用在光电器件中，可以获得更高的光电转换效率。转换效率。转换效率。

【技术实现步骤摘要】
一种无甲胺组分钙钛矿薄膜的制备方法及其应用


[0001]本专利技术属于钙钛矿
，具体涉及一种无甲胺组分钙钛矿薄膜的制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]金属卤化物有机无机杂化钙钛矿太阳能电池作为新一代的光伏发电技术，具有成本低、制备简单等优点，受到了学术界和产业界的广泛关注，其光电转化效率较高，有望打破传统硅电池市场。与传统硅电池相比，钙钛矿电池具有载流子寿命长、扩散距离长、直接带隙且带隙可调等优点。
[0003]金属卤化物有机无机杂化钙钛矿太阳能电池按照组分划分，可以分为甲胺体系钙钛矿电池与无甲胺体系钙钛矿电池。与含有甲胺的钙钛矿薄膜相比，无甲胺体系钙钛矿具有合适的带隙和更强的稳定性，是理想的光电、光伏材料。然而由于无甲胺体系钙钛矿结晶过程和薄膜形貌难以控制等原因，其光电转换效率明显落后于含有甲胺的钙钛矿太阳能电池。

技术实现思路

[0004]本专利技术是基于专利技术人对以下事实和问题的发现和认识做出的：
[0005]目前钙钛矿太阳能电池制备方法分为溶液法和真空蒸镀法两种。
[0006]溶液法包含溶液一步法和溶液两步法，是一种发展较为成熟的钙钛矿制备工艺。但是制备过程中需要使用溶剂，即增加了成本，同时残余溶剂会对环境造成污染，另外溶液旋涂工艺难以应用到大面积钙钛矿模组制备中，难以实现工业化生产。
[0007]真空蒸镀法包括一步蒸镀法和两部顺序蒸镀法。一步蒸镀法的缺点是碘化铅和铵盐饱和蒸汽压相差很大，同时控制碘化铅和铵盐保持合理的沉积速率非常困难，难以避免交叉污染的问题。
[0008]传统的两步蒸镀法蒸镀铅盐步骤采用的是多源共蒸工艺，该工艺的缺点是：
①
难以同时对多个蒸发源的蒸镀速率进行实时监控，因而难以确定实际蒸镀速率和蒸镀厚度；
②
部分物料的蒸发速率不稳定，控制多个源的蒸发速率保持稳定难度较大；
③
实验重复性较差，批次差异明显，易造成钙钛矿电池良品率低的问题；
④
实验拓展性较差，实验设备复杂度会随着蒸发物料种类的增加而显著提升。
[0009]现阶段真空蒸镀工艺虽然相较于溶液法易于控制膜厚、可在各种类型基底表面进行加工，与叠层太阳能电池加工工艺兼容、易移植用于大规模工业生产等诸多优势，但是还存在实验重复性差和多蒸发源共蒸难控制的问题需要解决。
[0010]本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的实施例提出一种无甲胺组分钙钛矿薄膜的制备方法，该方法采用蒸镀多元混合熔融盐用于两步法制备前驱体薄膜，有效解决了传统多源共蒸铅盐薄膜工艺难以监控蒸镀速率、实验重复性差、复杂度高等诸多问题，该方法具有良好的可重复性和工业生产可行性。
[0011]本专利技术实施例的一种无甲胺组分钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0012](1)制备混合熔融盐原料粉末；
[0013](2)采用真空蒸镀法在基底表面沉积步骤(1)制得的混合熔融盐原料粉末，得到前驱体薄膜；
[0014](3)采用真空蒸镀法在步骤(2)所得的前驱体薄膜表面沉积甲脒盐；
[0015](4)进行退火处理得到所述无甲胺组分钙钛矿薄膜。
[0016]本专利技术实施例的无甲胺组分钙钛矿薄膜的制备方法带来的优点和技术效果，1、本专利技术实施例中，多元混合熔融盐蒸发是一个单源蒸镀过程，可以通过膜厚仪对蒸发速率和蒸发厚度进行监控，有效解决了传统的多源共蒸中速率难以控制的难题，并降低了实验复杂度；2、本专利技术实施例中，熔融盐是液体且具有良好的导热性和减低的粘度，因而蒸发速率非常稳定，便于控制，显著提升了实验的可重复性。
[0017]在一些实施例中，步骤(1)中，所述熔融盐原料包括铅或铅化合物、铯或铯化合物中的至少两种。
[0018]在一些实施例中，所述铅化合物包括碘化铅、氯化铅、醋酸铅、溴化铅、硝酸铅、硫氰酸铅或碳酸铅中的至少一种，所述铯化合物包括碘化铯、氯化铯、硝酸铯、溴化铯或醋酸铯中的至少一种。
[0019]在一些实施例中，步骤(2)中，所述真空蒸镀法的真空度小于1Pa，物料蒸发速度为0.01
‑
500nm/s，蒸镀厚度为1
‑
6000nm；步骤(3)中，所述真空蒸镀法中真空度小于1Pa，物料蒸发速度为0.01
‑
1000nm/s，蒸镀厚度为1
‑
6000nm；步骤(4)中，所述退火的温度为20
‑
170℃，退火时长为1
‑
600min。
[0020]在一些实施例中，步骤(3)中，所述甲脒盐包含碘甲脒、溴甲脒、氯甲脒、硫氰酸甲脒和苯甲脒中的至少一种。
[0021]本专利技术实施例还提供了一种采用上述无甲胺组分钙钛矿薄膜的制备方法制得的无甲胺组分钙钛矿薄膜。
[0022]本专利技术实施例还提供了一种无甲胺组分钙钛矿薄膜在光电器件中的应用。
[0023]在一些实施例中，所述光电器件包括钙钛矿太阳能电池、有机电致发光器件、光探测器、X射线探测器中的任意一种。
[0024]本专利技术实施例还提供了一种钙钛矿太阳能电池，包括上述的无甲胺组分钙钛矿薄膜。
[0025]在一些实施例中，所述钙钛矿太阳能电池包括玻璃基底层、导电玻璃层、电子传输层、钙钛矿薄膜层、空穴传输层和金属电极。
[0026]本专利技术实施例还提供了一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
[0027](1)对导电基底进行超声清洗和臭氧处理；
[0028](2)在经过步骤(1)处理后的导电基底上沉积电子传输层；
[0029](3)在所述电子传输层上沉积前驱体薄膜；
[0030](4)在所述前驱体薄膜上沉积甲脒盐并进行退火处理，得到无甲胺组分钙钛矿薄膜；
[0031](5)在所述无甲胺组分钙钛矿薄膜上制备空穴传输层；
[0032](6)在所述空穴传输层上沉积金属电极材料。
附图说明
[0033]图1是实施例1制备的钙钛矿太阳能电池的结构示意图；
[0034]图2是实施例1、实施例2和对比例1制备的钙钛矿太阳能电池的伏安特性曲线图；
[0035]图3是实施例1和对比例1制备的电池表面扫描电子显微镜(SEM)图。
具体实施方式
[0036]下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。
[0037]本专利技术的实施例提供了一种无甲胺组分钙钛矿薄膜的制备方法，包括以下步骤：
[0038](1)制备混合熔融盐原料粉末；
[0039](2)采用真空蒸镀法在基底表面沉积步骤(1)制得的混合熔融盐原料粉末，得到前驱体薄膜；
[0040](3)采用真空蒸镀法在步骤(2)所得的前驱体薄膜表面沉积甲脒盐；
[0041](4)进行退火处理得到所述无甲胺组分钙钛矿薄膜本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无甲胺组分钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)制备混合熔融盐原料粉末；(2)采用真空蒸镀法在基底表面沉积步骤(1)制得的混合熔融盐原料粉末，得到前驱体薄膜；(3)采用真空蒸镀法在步骤(2)所得的前驱体薄膜表面沉积甲脒盐；(4)进行退火处理得到所述无甲胺组分钙钛矿薄膜。2.根据权利要求1所述的无甲胺组分钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述熔融盐原料包含铅或铅化合物、铯或铯化合物中的至少两种。3.根据权利要求2所述的无甲胺组分钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，所述铅化合物包括碘化铅、氯化铅、醋酸铅、溴化铅、硝酸铅、硫氰酸铅或碳酸铅中的至少一种，所述铯化合物包括碘化铯、氯化铯、硝酸铯、溴化铯或醋酸铯中的至少一种。4.根据权利要求1所述的无甲胺组分钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述真空蒸镀法的真空度小于1Pa，物料蒸发速度为0.01
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500nm/s，蒸镀厚度为1
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6000nm；步骤(3)中，所述真空蒸镀法中真空度小于1Pa，物料蒸发速度为0.01
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1000nm/s，蒸镀厚度为1
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6000nm；步骤(4)中，所述退火的温度为20
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170℃，退火时长为1...

【专利技术属性】
技术研发人员：易陈谊，李航，谭理国，周俊杰，蒋超凡，李明昊，刘越，叶一然，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：