[發(fā)明專利]一種大面積制備鹵化甲胺鉛光電薄膜的化學(xué)方法

有效

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• 申請日: 2017-05-19
• 公開（公告）號: CN107245689B
• 公開（公告）日: 2021-07-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 雷巖;谷龍艷;張磊磊;鄭直;楊曉剛;高遠(yuǎn)浩;鐵偉偉
• 申請（專利權(quán)）人: 許昌學(xué)院
• 主分類號: C23C8/06
• 分類號: C23C8/06
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 喬宇

本發(fā)明涉及一種大面積制備鹵化甲胺鉛光電薄膜的化學(xué)方法。該方法為：將沉積有單質(zhì)鉛薄膜的基底與鹵化甲胺在真空或負(fù)壓條件下加熱，使鹵化甲胺蒸汽充滿反應(yīng)容器，在200℃～300℃條件下反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間小于等于50min，即可在基底材料表面原味制備出晶粒大、結(jié)晶性好、表面均勻的鹵化甲胺鉛半導(dǎo)體薄膜材料CH₃NH₃PbX₃，X＝Cl，Br，I或其中一種或兩種的組合。本發(fā)明方法可大面積快速制備鹵化甲胺鉛薄膜、制備的鹵化甲胺鉛薄膜厚度均勻性好，鹵化甲胺鉛結(jié)晶好晶體粒徑大，直徑可達(dá)到0.5?2微米，優(yōu)選可達(dá)到1?3微米，克服了傳統(tǒng)方法成膜晶粒小的問題。具有廣泛的實(shí)驗(yàn)室器件研究及工業(yè)應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明屬于材料化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種大面積制備鹵化甲胺鉛光電薄膜的化學(xué)方法。

背景技術(shù)：

鹵化甲胺鉛(CH₃NH₃PbX₃，X＝Cl，Br，I)是一種窄禁帶寬度為1.5eV左右的半導(dǎo)體材料，它擁有優(yōu)良的光電轉(zhuǎn)化能力，被廣泛應(yīng)用到低成本太陽能電池器件的研制當(dāng)中。基于該材料制備的異質(zhì)結(jié)薄膜太陽能電池器件目前已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室中獲得了高達(dá)22％的光電轉(zhuǎn)換效率。

目前，廣泛使用的碘化甲胺鉛薄膜合成方法可以歸結(jié)為兩種，分別為一步法和兩步法。其中，基于溶液的“一步法”鹵化鉛鈣鈦礦材料的太陽能電池是將鉛源與鹵化甲胺鹽或其衍生物溶解成鹵化鉛鈣鈦礦前驅(qū)體，旋涂加熱后完成鈣鈦礦層的制備。例如，2012年Michael和Nam-Gyu Park課題組將摩爾比為1:1的CH₃NH₃I和PbI₂溶解在γ-丁內(nèi)酯中制備成CH₃NH₃PbI₃鈣鈦礦前驅(qū)體，旋涂在具有致密/多孔結(jié)構(gòu)的TiO₂薄膜上，并組裝成太陽能電池器件獲得了9.7％的光電轉(zhuǎn)換效率。2016年初，Yixin Zhao課題組報(bào)道了基于CH₃NH₂氣氛下旋涂PbI₂/HI混合溶液制備鈣鈦礦材料的一步法，并獲得了16.32％的光電轉(zhuǎn)換效率。基于溶液的“兩步法”中鹵化鉛鈣鈦礦薄膜材料是以制備好的PbI₂薄膜為反應(yīng)物，與鹵化甲胺鹽或其衍生物的溶液快速反應(yīng)，再進(jìn)行加熱處理得到的。例如，2013年，Michael課題組將PbI₂旋涂到TiO₂多孔薄膜上，然后將該薄膜浸泡到CH₃NH₃I的異丙醇溶液中，得到CH₃NH₃PbI₃鈣鈦礦薄膜太陽能電池器件，并獲得了15％的光電轉(zhuǎn)換效率。MatthewR.Leyden等人將PbI₂旋涂到基底材料表面，然后利用化學(xué)氣相沉積的方法使PbI₂與CH₃NH₃I氣體反應(yīng)獲得CH₃NH₃PbI₃鈣鈦礦薄膜。以上方法均是基于旋涂溶液過程制備的鹵化鉛鈣鈦礦薄膜材料，難以實(shí)現(xiàn)大面積、均勻成膜的目的，且重復(fù)性差，使用大量有機(jī)溶劑。

因此，尋找一種重復(fù)性好、表面均勻、溶劑使用量小的大面積制備鹵化甲胺鉛薄膜制備方法仍然是需要研究解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明所要解決的問題是：針對目前現(xiàn)有技術(shù)報(bào)道的鹵化甲胺鉛薄膜制備方法中存在的難以大面積制備等問題，而提供一種大面積制備鹵化甲胺鉛光電薄膜的化學(xué)方法。

本發(fā)明對要解決的問題所采取的技術(shù)方案是：