[發明專利]一種常溫制備高質量鈣鈦礦薄膜的方法

在審

• 申請號: 201910011336.0
• 申請日: 2019-01-07
• 公開（公告）號: CN109802044A
• 公開（公告）日: 2019-05-24
• 發明（設計）人: 張青紅;張歆;李耀剛;王宏志;侯成義
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: H01L51/48
• 分類號: H01L51/48
• 代理公司: 上海泰能知識產權代理事務所 31233
• 代理人: 黃志達;魏峯

本發明涉及一種常溫制備高質量鈣鈦礦薄膜的方法，包括：(1)配制鈣鈦礦前驅體溶液；(2)將鈣鈦礦前驅體溶液旋涂在預處理后的導電基底上，在旋涂結束前滴加反溶劑，得到中間相薄膜；(3)將中間相薄膜超聲振蕩處理，得到高質量鈣鈦礦薄膜。本發明方法可在室溫下制備得到具有純凈鈣鈦礦相、大晶粒尺寸、光滑均勻的高質量鈣鈦礦薄膜，有望應用于不耐高溫的柔性基底加工成柔性器件。

技術領域

本發明屬于鈣鈦礦薄膜制備技術領域，特別涉及一種常溫制備高質量鈣鈦礦薄膜的方法。

背景技術

柔性電子設備蓬勃發展，如何給這類輕便的電子設備持續供能成為亟待解決的問題。柔性鈣鈦礦太陽能電池受到廣泛的關注，電池由柔性導電基底、電子傳輸層、鈣鈦礦光敏層、空穴傳輸層和對電極組成。其中主要組成鈣鈦礦材料具有高的光吸收系數，僅僅500nm的厚度就可以充分吸收800nm以下的太陽光，薄的厚度有利于加工成柔性器件；同時薄膜采用溶液法制備，有利于在任何形狀和材質的基底上加工。

獲得高性能柔性鈣鈦礦電池的關鍵是在旋涂電子傳輸層的柔性基底上制備高質量的鈣鈦礦薄膜。2015年Snaith等人采用金屬鈦作為柔性導電基底，制備柔性鈣鈦礦電池獲得最高10.3％的效率，但是這類金屬箔基底彎折程度有限，限制了柔性電池的進一步應用。2018年黃福志等人采用導電聚合物基底，在125℃熱處理制備鈣鈦礦薄膜，獲得的柔性鈣鈦礦電池效率達到16.5％。這類導電聚合物不耐高溫，舉例來說PET的玻璃化轉變溫度在80℃左右，超過這一溫度聚合物會發生熱變形，而通常在制備鈣鈦礦薄膜的過程中需要超過100℃的熱處理以促進鈣鈦礦結晶。出于進一步提高柔性鈣鈦礦電池效率的需要，要求我們尋找在室溫甚至在不加熱的條件下制備高質量鈣鈦礦薄膜的方法。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種常溫制備高質量鈣鈦礦薄膜的方法，克服現有技術中鈣鈦礦成膜過程需要熱退火造成PET等柔性聚合物基底熱變形的問題。

本發明的一種常溫制備高質量鈣鈦礦薄膜的方法，包括：

(1)將供體A和供體B混合，加入至溶劑C中，攪拌得到濃度為1～1.5M的鈣鈦礦前驅體溶液；其中供體A和供體B的摩爾比為1:1～2；

(2)將步驟(1)制得的鈣鈦礦前驅體溶液旋涂在預處理后的導電基底上，在旋涂結束前5～10s內滴加反溶劑，得到中間相薄膜；其中鈣鈦礦前驅體溶液和反溶劑的體積比為1:1～3；

(3)將步驟(2)制得的中間相薄膜超聲振蕩處理，得到高質量鈣鈦礦薄膜。

所述步驟(1)中供體A為碘化鉛和溴化鉛中的一種或兩種。

所述步驟(1)中供體B為碘化甲脒、溴化甲脒、碘化甲胺和溴化甲胺中的一種或幾種。

所述步驟(1)中溶劑C為N,N-二甲基亞砜和N,N-二甲基甲酰胺的混合溶液，體積比為1:2～4。

所述步驟(2)中導電基底為FTO玻璃、ITO玻璃、AZO玻璃、鈦箔、PEN-ITO或PET-ITO。

所述步驟(2)中的反溶劑為甲苯、氯苯、氯仿、乙醚或仲丁醇。

所述步驟(2)中導電基底預處理的工藝條件為：依次采用玻璃清洗劑、丙酮、乙醇超聲清洗15～25min，然后在60～80℃的烘箱中烘干30～60min。

所述步驟(2)中旋凃的轉速為3000rpm。

所述步驟(3)中超聲振蕩的工藝參數為：超聲功率為5～20W，超聲時間為1～20min。

所述步驟(3)制得的高質量鈣鈦礦薄膜用于柔性器件。

有益效果