[發明專利]一種聚乙二醇輔助制備純無機鈣鈦礦薄膜的方法

有效

• 申請號: 201710401137.1
• 申請日: 2017-05-31
• 公開（公告）號: CN107324665B
• 公開（公告）日: 2020-12-08
• 發明（設計）人: 孫洪濤;周陽;雍自俊;陳雅蒙;馬桔萍
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: C03C17/22
• 分類號: C03C17/22;C09K11/02;C09K11/66
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 陶海鋒;孫周強

本發明公開了一種聚乙二醇輔助制備純無機鈣鈦礦薄膜的方法，包括以下步驟：將聚乙二醇溶液與含有溴化鉛與溴化銫的溶液混合，室溫攪拌得到混合液；然后將混合溶液經旋涂后再經過熱處理，得到純無機鈣鈦礦薄膜；或者將聚乙二醇溶液作為溶劑，直接溶解溴化鉛和溴化銫，室溫攪拌得到混合液；然后將混合溶液經旋涂后再經過熱處理，得到純無機鈣鈦礦薄膜。本發明公開的制備工藝簡單，僅需一步旋涂，熱處理即可得到產物，利于工業化生產。本發明制備的純無機鈣鈦礦薄膜表面致密平整，量子效率接近為未加聚乙二醇的3倍，可以廣泛應用在太陽能電池、激光和LED上。

技術領域

本發明涉及純無機鈣鈦礦材料的制備技術，具體涉及一種聚乙二醇輔助制備純無機鈣鈦礦薄膜的方法。

背景技術

自2009年開始，有機-無機雜化鈣鈦礦材料（主要是MAPbBr₃）備受關注，短短幾年，其光電轉換效率從開始的3%突增到現在的22.1%。目前，雜化鈣鈦礦薄膜制備主要是通過溶液法及一步旋涂法得到的，在太陽能電池、LED、激光等方面得到廣泛應用。但是，由于MAX原料極易分解以及材料對空氣和濕度的高度敏感、熱穩定性差，大大制約了其應用。因此，制備出穩定的鈣鈦礦材料具有重大的意義。而純無機的鈣鈦礦材料，熱穩定性高（在空氣中250℃以下均穩定），光學性能優越。但是，目前制備的純無機鈣鈦礦薄膜的方法主要是一步法和兩步法，兩步法制備的薄膜成分分布不均勻，熱處理溫度高，工藝復雜；而一步法成膜性差，存在很多缺陷，使之非輻射躍遷幾率大，激子輻射壽命短，量子產率低。因此，制備出高質量高發光效率的純無機薄膜具有重大的意義。

發明內容

針對目前純無機鈣鈦礦制備技術中的缺陷，本發明的目的在于公開一種聚合物添加劑輔助制備純無機鈣鈦礦薄膜的方法，具體采用聚合物聚乙二醇作為添加劑加入到前驅體溶液中通過一步旋涂法得到高質量高效率薄膜；本發明方法可以制備得到表面致密平整，且顆粒尺寸小（≤100nm），量子產率高的純無機鈣鈦礦薄膜。

為達到上述發明目的，本發明采用以下技術方案：

一種聚乙二醇輔助制備純無機鈣鈦礦薄膜的方法，包括以下步驟：將聚乙二醇溶液與含有溴化鉛與溴化銫的溶液混合，室溫攪拌得到混合液；然后將混合溶液經旋涂后再經過熱處理，得到純無機鈣鈦礦薄膜；或者將聚乙二醇溶液作為溶劑，直接溶解溴化鉛和溴化銫，室溫攪拌得到混合液；然后將混合溶液經旋涂后再經過熱處理，得到純無機鈣鈦礦薄膜。

上述技術方案中，溴化鉛與溴化銫的摩爾比為1.05:1，得到的CsPbBr₃相純，結晶性高；聚乙二醇的質量是溴化鉛與溴化銫總質量的0.08-0.22倍；若PEG 含量低，將無法阻礙晶粒生長，若PEG含量過高，得到的溶液粘度大，得不到均勻平整的薄膜，本發明限定聚乙二醇的質量是溴化鉛與溴化銫總質量的0.08-0.22倍之間得到的薄膜形貌最佳，量子效率最高。

上述技術方案中，所述混合液為含有溴化鉛與溴化銫產物的溶液，其固含量為6-16.5%，濃度過低，薄膜覆蓋率低，濃度過大，原料難以完全溶解，無法得到均勻分散的溶液。

上述技術方案中，聚乙二醇溶液的質量濃度為0.5-2wt%，濃度過低，得到的混合液粘度低，阻礙溶質擴散晶粒生長的阻力小，難以生長出致密小晶粒的薄膜；濃度過高，得到的混合液粘度大，難以得到均勻平整的薄膜。

上述技術方案中，所述旋涂的速度為3000-5000rpm，旋涂速度過低將因離心力不夠得不到均勻的薄膜，旋涂速度過高，得到的薄膜太薄，致密性變差。