CN104051628B - 有机/无机杂化钙钛矿薄膜的制备方法及其薄膜的用途 - Google Patents

有机/无机杂化钙钛矿薄膜的制备方法及其薄膜的用途 Download PDF

Info

Publication number
CN104051628B
CN104051628B CN201410295658.XA CN201410295658A CN104051628B CN 104051628 B CN104051628 B CN 104051628B CN 201410295658 A CN201410295658 A CN 201410295658A CN 104051628 B CN104051628 B CN 104051628B
Authority
CN
China
Prior art keywords
quartz
organic salt
quartz ampoule
substrate
thin film
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201410295658.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN104051628A (zh
Inventor
周春兰
李鹏申
娄茜
朱俊杰
王文静
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institute of Electrical Engineering of CAS
Original Assignee
Institute of Electrical Engineering of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institute of Electrical Engineering of CAS filed Critical Institute of Electrical Engineering of CAS
Priority to CN201410295658.XA priority Critical patent/CN104051628B/zh
Publication of CN104051628A publication Critical patent/CN104051628A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104051628B publication Critical patent/CN104051628B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K71/00—Manufacture or treatment specially adapted for the organic devices covered by this subclass
    • H10K71/10—Deposition of organic active material
    • H10K71/16—Deposition of organic active material using physical vapour deposition [PVD], e.g. vacuum deposition or sputtering
    • H10K71/164—Deposition of organic active material using physical vapour deposition [PVD], e.g. vacuum deposition or sputtering using vacuum deposition
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H10K30/30—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation comprising bulk heterojunctions, e.g. interpenetrating networks of donor and acceptor material domains
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K2102/00—Constructional details relating to the organic devices covered by this subclass
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/549—Organic PV cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

一种有机/无机杂化钙钛矿薄膜的制备方法，包括以下步骤：1)按照卤素有机盐A与二价金属卤化物B1：1至4：1的摩尔比重称量卤素有机盐A和二价金属卤化物B；2)将步骤1称量好的两种原料物分别放入两个石英舟中；3)将两个石英舟分别放入管式炉的石英管内两个不同温区；放有卤素有机盐A的石英舟置于靠近石英管开口端较低温度区域，将衬底C置于较放有卤素有机盐A的石英舟距离石英管开口端更近的较低温度区域；将放有二价金属卤化物B的石英舟设置于石英管中间的高温区域；4)对石英管抽真空，然后对石英管加热，在衬底C上形成有机/无机杂化钙钛矿薄膜。本发明制备的有机/无机杂化钙钛矿薄膜应用于太阳电池。

Description

有机/无机杂化钙钛矿薄膜的制备方法及其薄膜的用途
技术领域
本发明属于一种光电材料的制备方法，具体涉及一种有机/无机杂化钙钛矿薄膜的制备方法，以及应用所制备的薄膜的太阳电池。
背景技术
钙钛矿指的是那些像CaTiO3，显示出具有ABX3化学计量，并具有钙钛矿晶体结构的一大类材料。目前被广泛研究的是三卤化有机金属，尤其是CH3NH3PbI3和Cl掺杂的CH3NH3PbI3-xClx(混合型的卤素钙钛矿)。这类材料具有带隙可调，吸光系数高，以及优异的载流子产生和分离的能力，因此在光电转换领域得到广泛的重视。
在太阳电池的众多光电转换材料中，包含了硅，砷化镓，硫化物，硒化物，锑化物等。关于基于钙钛矿光电领域的研究有转换材料：，如中国专利201110102113.9和201110142339.1研究的是钙钛矿结构的氧化物材料光发射性质。太阳电池领域的钙钛矿结构的碘化物材料有采用固液反应方法制备的，如中国专利申请201310257024.0，将固体B浸泡在A物质的溶液中，在溶液中A和B发生固-液反应。没有见到关于这种采用真空条件下经过两种物质的输运、冷凝然后在衬底表面发生反应形成有机/无机杂化钙钛矿薄膜的文献报道。文献报道中一般采用液相旋涂方法制备有机/无机杂化钙钛矿薄膜材料及其太阳电池器件，但由于这种化学方法一方面重复性较差，另外一方面就是这种方法一般适用于以纳米多孔材料作为支撑的结构，对于在平面衬底上很难形成致密均匀的纳米颗粒薄膜；另外一种就是采用高真空的热蒸发方法，能够大面积的沉积高质量的薄膜，在制备高效的平面薄膜太阳电池方面非常有利，但是设备、工艺复杂，限制了其应用；最后一种就是采用气相辅助的固相反应，就是先在衬底上沉积金属碘盐，然后在表面覆盖卤素有机盐，这种方法在一定程度上降低了设备的成本，但同样面临均匀性和重复性的问题。
发明内容
本发明的目的为了克服已有技术的缺点，提出一种有机/无机杂化钙钛矿薄膜的制备方法。本发明在真空气氛条件下采用卤素有机盐和二价金属卤化物，通过气相输运到衬底表面，形成有机/无机杂化钙钛矿薄膜。
一种有机/无机杂化钙钛矿薄膜的制备方法，包括以下步骤：
1)按照摩尔比重称量卤素有机盐A和二价金属卤化物B；所述的卤素有机盐A中，卤素是I、Cl或者Br，有机盐部分是CH3NH3或NH2＝CHNH3；所述的二价金属卤化物B中，其金属元素包含铅Pb和锡Sn；
2)将称量好的卤素有机盐A和二价金属卤化物B分别放入两个石英舟中；
3)将载有卤素有机盐A和二价金属卤化物B的两个石英舟分别放入到管式炉中的石英管内的两个不同温区。石英管的一端封闭，另外一端开口，用于进出样品和与真空系统连接。其中放有卤素有机盐A的石英舟置于靠近石英管开口端较低温度区域，将放有二价金属卤化物B的石英舟设置于石英管中间的高温区域，将衬底C置于较放有卤素有机盐A的石英舟距离石英管开口端更近的较低温度区域；
4)将石英管的开口端与真空系统进行封闭连接，对石英管抽气，待石英管达到真空状态，对石英管加热，在衬底C上形成有机/无机杂化钙钛矿薄膜。
优选地，步骤4)中，石英管中的真空度范围在1×10-1-1×10-4Pa。
优选地，二价金属卤化物B置于石英管中间的高温区域。所述的衬底C是硅片或玻璃片。在真空度达到预定值之后，对石英管进行加热使卤素有机盐A所在温区的温度在150-200℃之间，二价金属卤化物B所在温区的温度在350-400℃之间，衬底C所在温区的温度范围为60-90℃。所述的三个温区在上述温度范围下保温时间为1-3小时。在这个过程中卤素有机盐A和二价金属卤化物B两种物质发生蒸发，形成蒸汽，随着气流移动到衬底C所处的低温区，发生冷凝形成有机/无机杂化钙钛矿薄膜。
优选地，衬底C预先沉积上二价金属卤化物B，将衬底C置于较卤素有机盐A距离石英管开口端更近的较低温度区域，其中衬底C是硅片或玻璃片。在真空度达到预定数值之后，对石英管进行加热保温。卤素有机盐A所在温区的温度范围在150-200℃之间，衬底C所在温区的范围为60-90℃，使卤素有机盐A蒸发形成蒸汽，沿着从高气压向低气压的方向移动到衬底C所在位置，与二价金属卤化物B发生反应形成有机/无机杂化钙钛矿薄膜。石英管中，封闭一端的压强高，而与真空系统连接的一端压强低，造成气体从压强高的一端向压强低的一端流动。
优选地，卤素有机盐A与二价金属卤化物B的摩尔比重为1：1至4：1之间。由于卤素有机盐A的气化温度低于二价金属卤化物B，在温度低于100℃时卤素有机盐A发生冷凝，沉积在衬底C上，与二价金属卤化物B的蒸汽发生反应，形成有机/无机杂化钙钛矿薄膜，具体过程以PbI2和CH3NH3Cl为例说明：
PbI2+CH3NH3Cl→CH3NH3PbI2Cl3-x(0≤x≤3)
本发明的又一目的在于提供一种有机/无机杂化钙钛矿薄膜太阳电池，所述的太阳电池包括如上述任一步骤制备的有机/无机杂化钙钛矿薄膜。所述钙钛矿薄膜太阳电池从太阳光照射面，即太阳电池前表面起向下的排列顺序依次为：玻璃衬底、FTO玻璃层、电子收集层、有机/无机杂化钙钛矿层、空穴传输层和金属电极。
本发明提供的有机/无机杂化钙钛矿薄膜的制备方法对设备要求低，成本低，直接在平面的衬底上能够获得高质量的有机-无机杂化钙钛矿结构的薄膜，形成高效的平面薄膜太阳电池结构，在钙钛矿太阳电池中具有潜在的应用前景。
附图说明
图1为本发明实施例制备方法中的制备设备的结构示意图，图中：A二价金属卤化物，B卤素有机盐，C衬底；
图2为采用本发明实施例制备方法制备的平面型薄膜结构示意图；
图3为本发明实施例制备方法制备的有机-无机杂化钙钛矿NH3CH3PbI3的吸收谱；
图4为本发明实施例制备的有机-无机杂化钙钛矿NH3CH3PbIxCl3-x的吸收谱；
图5为本发明实施例制备方法制备的有机-无机杂化钙钛矿NH3CH3PbI3的X射线衍射图；
图6为本发明实施例制备方法制备的有机-无机杂化钙钛矿NH3CH3PbI3薄膜太阳电池的光照电流-电压曲线。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施方式进一步说明本发明。
图1所示为本发明制备有机-无机杂化钙钛矿薄膜的设备。该设备由管式炉，石英管和真空系统组成。其中石英管插在管式炉的腔体里，通过管式炉的温控部件对石英管进行加热和保温处理；真空系统根据真空要求可以是机械泵，也可以是机械泵与分子泵的组合。
本发明有机/无机杂化钙钛矿薄膜的制备方法，包括以下步骤：
1)称量卤素有机盐A和二价金属卤化物B。所述的卤素有机盐A中，卤素为I，Cl或者Br，有机盐部分为CH3NH3或NH2＝CHNH3；所述的二价金属卤化物B中，其中的金属元素包含铅Pb和锡Sn；
2)将称量好的卤素有机盐A和二价金属卤化物B分别放入两个石英舟中；
3)将载有卤素有机盐A和二价金属卤化物B的两个石英舟分别放入到管式炉中石英管内的两个不同温区。石英管的一端封闭，另外一端开口，用于进出样品和与真空系统连接。其中载有卤素有机盐A的石英舟置于靠近石英管开口端的较低温度区域，将载有二价金属卤化物B的石英舟设置于石英管中间高温区域，将衬底C置于较载有卤素有机盐A的石英舟距离石英管开口端更近的较低温度区域；
4)将石英管的开口端与真空系统进行封闭连接，对石英管抽气，待石英管达到真空状态，对石英管进行加热，在衬底C上形成有机/无机杂化钙钛矿薄膜。
所述步骤4)中，石英管的真空度范围在1×10-1-1×10-4Pa。
可将载有二价金属卤化物B的石英舟置于石英管中间的高温位置。所述的衬底C是硅片或玻璃片。在石英管的真空度达到预定值之后，对石英管进行加热，使卤素有机盐A所在温区的温度在150-200℃之间，二价金属卤化物B所在温区的温度在350-400℃之间，衬底C所在温区的温度范围为60-90℃。在这些温度下保温时间为1-3小时，在这个过程中卤素有机盐A和二价金属卤化物B两种物质蒸发形成蒸汽，随着气流移动到衬底C位置的低温区冷凝，发生反应，形成有机/无机杂化钙钛矿薄膜。
或者，也可将衬底C预先沉积上二价金属卤化物B。将衬底C置于较卤素有机盐A距离石英管开口端更近的较低温度区域。所述的衬底C是硅片或玻璃片。在石英管的真空度达到预定值之后，对石英管进行加热使卤素有机盐A所在温区的温度在150-200℃之间，二价金属卤化物B所在温区的温度在350-400℃之间，衬底C所在温区的温度范围为60-90℃。在这些温度下保温时间为1-3小时，在这个过程中卤素有机盐A蒸发形成蒸汽，随着气流移动到衬底C的位置与B发生反应，形成有机/无机杂化钙钛矿薄膜。
在具体应用实例中，卤素有机盐A与二价金属卤化物B的摩尔比重为1：1至4：1之间。
一种有机/无机杂化钙钛矿薄膜太阳电池，所述的太阳电池的有机/无机杂化钙钛矿薄膜为以上本发明制备的有机/无机杂化钙钛矿薄膜。钙钛矿薄膜太阳电池的结构如下：从太阳光照射面，即前表面起向下排列顺序依次为：玻璃衬底、透明导电层、电子收集层、有机/无机杂化钙钛矿层、空穴传输层和金属电极。
以下进一步通过具体的实施例来说明本发明的制备过程。本发明实施例采用多晶钙钛矿CH3NH3PbI3和CH3NH3PbIxCl3-x，二价金属卤化物分别为PbI2和PbCl2，CH3NH3I作为卤素有机盐。
实施例1
1、按照常规的有机-无机杂化钙钛矿太阳电池的制备工艺对衬底进行加工：采用FTO玻璃作为衬底，对FTO玻璃清洗烘干，表面臭氧或者氧等离子体处理之后，制备N型电子收集层，氧化钛或者氧化锌等；如果采用介孔薄膜结构，需要沉积多孔氧化钛或者氧化铝；
2、将CH3NH3I和PbI2按照1:1摩尔比重称量；
3、将步骤2称量得到的CH3NH3I和PbI2分别放入两个石英舟中；
4、将载有CH3NH3I和PbI2的两个舟分别放入到管式炉中石英管内的两个不同温区。盛放了CH3NH3I的石英舟置于距离石英管开口端较近的较低温度区域，盛放了PbI2的石英舟置于石英管中间的高温位置；
5、将按照步骤1制备好N型电子收集层，或者N型电子收集层+多孔层的FTO玻璃衬底置于靠近石英管开口端的较低温度区域，与载有CH3NH3I的石英舟的位置相比较，FTO玻璃衬底距离石英管开口端更近；
6、将石英管的开口端与真空系统进行封闭连接，利用真空系统对石英管抽气，使石英管中的真空度达到1×10-1Pa；
7、在石英管的真空度达到预定值之后，对管式炉进行加热保温，升温速率为10℃/min。载有CH3NH3I的石英舟所在温区的温度为200℃，载有PbI2的石英舟所在温区的温度为400℃，FTO玻璃衬底所在温区的范围为80℃，保温2小时；
8、保温过程结束之后，待石英舟中间高温区域自然降温到50℃以下之后，取出沉积了多晶钙钛矿CH3NH3PbI3薄膜的FTO玻璃衬底。
9、按照常规的钙钛矿太阳电池的制备方法，在钙钛矿薄膜上沉积上空穴传输层，然后蒸发金属电极Ag。至此完成电池的制备。
实施例2
1、按照常规的有机-无机杂化钙钛矿太阳电池的制备工艺对衬底进行加工：采用FTO玻璃作为衬底，对FTO玻璃进行清洗烘干、表面臭氧或者氧等离子体处理之后，制备N型电子收集层，氧化钛或者氧化锌等；如果是采用介孔薄膜结构，需要增加一步沉积多孔氧化钛或者氧化铝；
2、将CH3NH3I和PbI2按照3:1摩尔比重称量；
3、将步骤2称量得到的CH3NH3I和PbI2分别放入两个石英舟中；
4、将载有CH3NH3I和PbI2的两个石英舟分别放入到管式炉中石英管内的两个不同温区，其中盛放了CH3NH3I的石英舟置于距离石英管开口端较近的较低温度区域，盛放了PbI2的石英舟置于石英管中间的高温位置；
5、将按照步骤1制备了N型电子收集层，或者N型电子收集层+多孔层的FTO玻璃衬底置于靠近石英管开口端的较低温度区域，与载有CH3NH3I的石英舟位置相比，FTO玻璃衬底的位置距离石英管开口端更近；
6、将石英管的开口端与真空系统封闭连接，利用真空系统对石英管抽气，使石英管的真空度达到1×10-1Pa；
7、在石英管的真空度达到预定数值之后，对管式炉进行加热保温，升温速率为10℃/min，载有CH3NH3I的石英舟所在温区的温度为200FTO玻璃，载有PbI2的石英舟所在温区的温度为400℃，FTO玻璃衬底所在温区的范围为80℃，保温2小时；
8、保温过程结束之后，待石英管中间的高温区域自然降温到50℃以下，取出沉积了多晶钙钛矿CH3NH3PbI3薄膜的FTO玻璃衬底。
9、按照常规的钙钛矿太阳电池的制备方法，在钙钛矿薄膜上沉积上空穴传输层，然后蒸发金属电极Ag。至此完成电池的制备。
实施例3
1、按照常规的有机-无机杂化钙钛矿太阳电池的制备工艺对衬底进行加工：采用FTO玻璃作为衬底，对FTO玻璃进行清洗烘干、表面臭氧或者氧等离子体处理之后，制备N型电子收集层，氧化钛或者氧化锌等；如果是采用介孔薄膜结构，需要增加一步沉积多孔氧化钛，或者氧化铝；
2、将CH3NH3I和PbI2按照3:1摩尔比重称量；
3、将步骤2称量得到的CH3NH3I和PbI2分别放入两个石英舟中；
4、将两个石英舟分别放入到管式炉的石英管内的两个不同温区。其中盛放了CH3NH3I的石英舟置于距离靠近石英管开口端较近的较低温度区域，盛放了PbI2的石英舟置于石英管中间的高温位置；
5、将按照步骤1制备了N型电子收集层，或者N型电子收集层+多孔层的FTO玻璃衬底置于靠近石英管开口端的较低温度区域，与载有CH3NH3I的石英舟位置相比，FTO玻璃衬底距离石英管开口端更近；
6、将石英管的开口端与真空系统进行封闭连接，利用真空系统对石英管抽气，使石英管中的真空度达到1×10-4Pa；
7、在石英管的真空度达到预定数值之后，对管式炉进行加热保温，升温速率为10℃/min，载有CH3NH3I的石英舟所在温区的温度为150℃，载有PbI2的石英舟所在温区的温度为350℃，FTO玻璃衬底所在温区的范围为60℃，保温3小时；
8、保温过程结束后，待石英管中间高温区域自然降温到50℃以下之后，取出沉积了多晶钙钛矿CH3NH3PbI3薄膜的FTO玻璃衬底。
9、按照常规的钙钛矿太阳电池的制备方法，在钙钛矿薄膜上沉积上空穴传输层，然后蒸发金属电极Ag。至此完成电池的制备。
实施例4
1、按照常规的有机-无机杂化钙钛矿太阳电池的制备工艺对衬底进行加工：采用FTO玻璃作为衬底，对FTO玻璃进行清洗烘干、表面臭氧或者氧等离子体处理之后，制备N型电子收集层，氧化钛或者氧化锌等；如果是采用介孔薄膜结构，需要增加一步沉积多孔氧化钛，或者氧化铝；
2、将PbI2与DMF溶剂按照450mg(PbI2)/ml(DMF)的数值进行配置成PbI2溶液；
3、在转速为4000转/min条件下，在步骤1制备好的FTO玻璃衬底上旋涂PbI2溶液，时间10秒。然后在氮气氛下80度烘干30分钟；
4、随后将经步骤3制备好的FTO玻璃衬底置于石英舟中。在另外一个石英舟中盛放1g的CH3NH3I粉末或者CH3NH3I颗粒，将载有FTO玻璃衬底的石英舟和载有CH3NH3I的石英舟分别放入到管式炉中石英管内的两个不同温区。其中盛放了CH3NH3I的石英舟放置在石英管中间的高温位置，盛放了FTO玻璃衬底的石英舟放置在靠近石英管开口端的较低温度区域；
5、将石英管的开口端与真空系统进行封闭连接，利用真空系统对石英管抽气使石英管内的真空度达到1×10-3Pa；
6、在石英管真空度达到预定数值之后，对管式炉进行加热保温，升温速率为10℃/min，CH3NH3I所在温区的温度为150℃，衬底所在温区的范围为80℃，保温2小时；
7、保温过程结束之后，待石英管中间高温区域自然降温到50℃以下之后，取出沉积了多晶钙钛矿CH3NH3PbI3薄膜的FTO玻璃衬底。
8、按照常规的钙钛矿太阳电池的制备方法，在钙钛矿薄膜上沉积上空穴传输层，然后蒸发金属电极Ag。至此完成电池的制备。
实施例5
1、按照常规的有机-无机杂化钙钛矿太阳电池的制备工艺对衬底进行加工：采用FTO玻璃作为衬底，对FTO玻璃进行清洗烘干和表面臭氧或者氧等离子体处理之后，制备N型电子收集层，氧化钛或者氧化锌等；如果是采用介孔薄膜结构，需要增加一步沉积多孔氧化钛，或者氧化铝；
2、将CH3NH3I和PbCl2按照4:1摩尔比重称量；
3、将步骤2称量得到的CH3NH3I和PbCl2分别放入两个石英舟中；
4、将载有CH3NH3I和PbCl2的两个石英舟分别放入到管式炉中石英管内的两个不同温区，其中盛放了CH3NH3I的石英舟置于距离石英管开口端较近的较低温度区域，而盛放了PbCl2的石英舟置于石英管中间的高温位置；
5、将按照步骤1制备好N型电子收集层，或者N型电子收集层+多孔层的FTO玻璃衬底置于放置在靠近石英管开口端，与载有CH3NH3I的石英舟位置相比，FTO玻璃衬底距离石英管开口端更近；
6、将石英管的开口端与真空系统进行封闭连接，利用真空系统对石英管抽气，使石英管中的真空度达到1×10-4Pa；
7、在真空度达到预定数值之后，对管式炉进行加热保温，升温速率为10℃/min，载有CH3NH3I的石英舟所在温区的温度为150℃，载有PbCl2的石英舟所在温区的温度为375℃，FTO玻璃衬底所在温区的范围为90℃，保温1小时；
8、保温过程结束之后，待石英管中间高温区域自然降温到50℃以下之后，取出沉积了多晶钙钛矿CH3NH3PbI3薄膜的FTO玻璃衬底。
9、按照常规的钙钛矿太阳电池的制备方法，在钙钛矿薄膜上沉积上空穴传输层，然后蒸发金属电极Ag。至此完成电池的制备。
图2为采用本发明方法制备的有机-无机杂化钙钛矿薄膜组成的太阳电池。如图2所示，钙钛矿薄膜太阳电池的结构如下：从太阳光照射面，即前表面起向下排列顺序依次为：玻璃衬底、透明导电层、电子收集层、有机/无机杂化钙钛矿层、空穴传输层和金属电极。
图3为本发明实施例制备方法制备的有机-无机杂化钙钛矿NH3CH3PbI3的吸收谱。如图3所示，所制备的NH3CH3PbI3薄膜的吸收强度在1.5eV之后迅速上升，也就是薄膜的光学带隙在1.5eV。
图4为本发明实施例制备的有机-无机杂化钙钛矿NH3CH3PbIxCl3-x的吸收谱。
图5为本发明实施例制备方法制备的有机-无机杂化钙钛矿NH3CH3PbI3的X射线衍射图。图5中呈现了两个CH3NH3PbI3的(110)(14.1度)和(220)(28.4度)晶向的衍射峰，其他的小峰来自于氧化钛和FTO薄膜。
图6为本发明实施例制备方法制备的有机-无机杂化钙钛矿NH3CH3PbI3薄膜太阳电池的光照电流-电压曲线，其中开路电压为0.96V，短路电流15.44mA/cm2，填充因子0.69，转换效率为10.3％。

Claims (5)

1.一种有机/无机杂化钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，所述的制备方法包括以下步骤：
1)按照摩尔比重称量卤素有机盐A和二价金属卤化物B；所述的卤素有机盐A中，卤素是I、Cl或者Br，有机盐部分是CH3NH3或NH2＝CHNH3；所述的二价金属卤化物B中的金属元素包含铅Pb和锡Sn；
2)将称量好的卤素有机盐A和二价金属卤化物B分别放入两个石英舟中；
3)将载有卤素有机盐A和二价金属卤化物B的两个石英舟分别放入到管式炉中的石英管内的两个不同温区；石英管的一端封闭，另外一端开口，用于进出样品和与真空系统连接；其中放有卤素有机盐A的石英舟置于靠近石英管开口端较低温度区域，所述较低温度区域的温度在150-200℃之间；将放有二价金属卤化物B的石英舟设置于石英管中间的高温区域，所述高温区域的温度在350-400℃之间；将衬底C置于较放有卤素有机盐A的石英舟距离石英管开口端更近的较低温度区域，所述的衬底C所在温区的温度范围为60-90℃；
4)将石英管的开口端与真空系统进行封闭连接，对石英管抽气，待石英管达到真空状态，对石英管加热，并保温1-3小时，在衬底C上形成有机/无机杂化钙钛矿薄膜；
所述的卤素有机盐A与所述二价金属卤化物B的摩尔比重为1：1至4：1之间。
2.根据权利要求1所述的有机/无机杂化钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，所述的步骤4)中，石英管中的真空度范围在1×10-1-1×10-4Pa。
3.根据权利要求1所述的有机/无机杂化钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，所述的衬底C是硅片或玻璃片。
4.一种有机/无机杂化钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法的步骤如下：
1)在衬底C上预先沉积二价金属卤化物B，所述的二价金属卤化物B中的金属元素包含铅Pb和锡Sn；
2)按照摩尔比重称量卤素有机盐A和二价金属卤化物B；所述的卤素有机盐A中，卤素是I、Cl或者Br，有机盐部分是CH3NH3或NH2＝CHNH3；所述的卤素有机盐A与所述二价金属卤化物B的摩尔比重为1：1至4：1之间；
3)将载有卤素有机盐A和二价金属卤化物B的两个石英舟分别放入到管式炉中的石英管内的两个不同温区；石英管的一端封闭，另外一端开口，用于进出样品和与真空系统连接；将载有衬底C的石英舟置于较卤素有机盐A的石英舟距离石英管开口端更近的较低温度区域；其中衬底C是硅片或玻璃片；
4)将石英管的开口端与真空系统进行封闭连接，对石英管抽气，在真空度达到预定数值之后，对石英管进行加热保温，使卤素有机盐A所在温区的温度范围在150-200℃之间，衬底C所在温区的范围为60-90℃，在衬底C上形成有机/无机杂化钙钛矿薄膜。
5.采用权利要求1至4的任何一项所述的有机/无机杂化钙钛矿薄膜制备方法制备的有机/无机杂化钙钛矿薄膜的太阳电池，其特征在于，所述的太阳电池含有有机/无机杂化钙钛矿薄膜，所述的太阳电池从太阳光照射面，即前表面起向下排列顺序依次为：玻璃衬底、透明导电层、电子收集层、有机/无机杂化钙钛矿层、空穴传输层和金属电极。
CN201410295658.XA 2014-06-26 2014-06-26 有机/无机杂化钙钛矿薄膜的制备方法及其薄膜的用途 Active CN104051628B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410295658.XA CN104051628B (zh) 2014-06-26 2014-06-26 有机/无机杂化钙钛矿薄膜的制备方法及其薄膜的用途

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410295658.XA CN104051628B (zh) 2014-06-26 2014-06-26 有机/无机杂化钙钛矿薄膜的制备方法及其薄膜的用途

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104051628A CN104051628A (zh) 2014-09-17
CN104051628B true CN104051628B (zh) 2017-02-15

Family

ID=51504227

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410295658.XA Active CN104051628B (zh) 2014-06-26 2014-06-26 有机/无机杂化钙钛矿薄膜的制备方法及其薄膜的用途

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104051628B (zh)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104485425B (zh) * 2014-12-08 2017-12-01 清华大学 钙钛矿型材料制备方法和设备及其光伏器件的加工方法
KR102160348B1 (ko) * 2015-09-11 2020-09-25 각코호진 오키나와가가쿠기쥬츠다이가쿠인 다이가쿠가쿠엔 납이 없는 페로브스카이트 필름의 형성
CN105331950B (zh) * 2015-09-28 2017-11-10 苏州大学 一种二维钙钛矿薄膜的制备方法
CN105226196A (zh) * 2015-10-20 2016-01-06 上海交通大学 一种盐酸辅助制备有机无机杂化钙钛矿材料的方法
CN105239054B (zh) * 2015-11-03 2018-01-05 天津理工大学 一种微米粒径有机无机杂化钙钛矿薄膜的制备装置及方法
CN105481697B (zh) * 2015-11-26 2017-07-28 上海交通大学 气液或者气固两相原位反应制备有机无机杂化钙钛矿材料
CN105576131A (zh) * 2016-03-14 2016-05-11 华北电力大学 气相辅助溶液法制备界面修饰的钙钛矿太阳电池的方法
TWI589010B (zh) * 2016-06-22 2017-06-21 上銀光電股份有限公司 反應性熱處理設備
CN106654020B (zh) * 2017-01-24 2019-01-08 中国科学院上海硅酸盐研究所 体异质结钙钛矿薄膜及其制备方法和太阳能电池
CN107418517B (zh) * 2017-07-25 2020-05-19 华中科技大学 一种具有压卡路里效应的杂化钙钛矿材料及其应用
CN108232038A (zh) * 2018-01-08 2018-06-29 电子科技大学 一种基于钙铁矿薄膜的发光二极管及其制备方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101210347A (zh) * 2006-12-29 2008-07-02 中国科学院化学研究所 一种制备有机化合物单晶纳米结构的方法
CN202107793U (zh) * 2011-06-21 2012-01-11 四川大学 可调压合成容器

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101210347A (zh) * 2006-12-29 2008-07-02 中国科学院化学研究所 一种制备有机化合物单晶纳米结构的方法
CN202107793U (zh) * 2011-06-21 2012-01-11 四川大学 可调压合成容器

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Self-Organized Growth of PbI-Based Layered Perovskite Quantum Well by Dual-Source Vapor Deposition;Masanao Era等;《Chemical Materials》;19970116;第9卷(第1期);全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN104051628A (zh) 2014-09-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104051628B (zh) 有机/无机杂化钙钛矿薄膜的制备方法及其薄膜的用途
Cao et al. Progress of lead‐free halide perovskites: from material synthesis to photodetector application
Ran et al. Construction of compact methylammonium bismuth iodide film promoting lead-free inverted planar heterojunction organohalide solar cells with open-circuit voltage over 0.8 V
Li et al. Photodetectors based on inorganic halide perovskites: Materials and devices
JP6388458B2 (ja) 太陽電池用途向けペロブスカイト膜の製造システム及び製造方法、並びにペロブスカイト膜
Halder et al. Exploring thermochromic behavior of hydrated hybrid perovskites in solar cells
KR102020136B1 (ko) 기체-유도된 페로브스카이트 형성
Zhao et al. Efficient planar perovskite solar cells based on 1.8 eV band gap CH3NH3PbI2Br nanosheets via thermal decomposition
Li et al. Self-powered perovskite/CdS heterostructure photodetectors
Sun et al. Single-crystal perovskite detectors: development and perspectives
CN106816535B (zh) 利用离子液体添加剂提高钙钛矿太阳能电池效率的方法
Liu et al. Vapor-assisted deposition of CsPbIBr2 films for highly efficient and stable carbon-based planar perovskite solar cells with superior Voc
CN104659123A (zh) 化合物薄膜太阳能电池及其制备方法
Gao et al. Defect passivation on lead-free CsSnI3 perovskite nanowires enables high-performance photodetectors with ultra-high stability
Pellegrino et al. Texture of MAPbI3 layers assisted by chloride on flat TiO2 substrates
CN107369766A (zh) 一种高质量金属氧化物电子传输层的钙钛矿太阳电池及其制备方法
Long et al. Effects of sulfurization temperature on phases and opto-electrical properties of Cu2ZnSnS4 films prepared by sol–gel deposition
CN107887510A (zh) 一种二维层状钙钛矿薄膜、太阳能电池及其制备方法
Wang et al. Mesoporous-carbon-based fully-printable all-inorganic monoclinic CsPbBr3 perovskite solar cells with ultrastability under high temperature and high humidity
Kevin et al. Transferability of solution processed epitaxial Ga: ZnO films; tailored for gas sensor and transparent conducting oxide applications
Lei et al. Influence of hole transport material/metal contact interface on perovskite solar cells
Cui et al. Recent progress of lead-free bismuth-based perovskite materials for solar cell applications
Hoat et al. Synthesis of Cs2SnI6 perovskite thin film by low-pressure chemical vapor deposition method
CN103400903A (zh) 一种提高铜锌锡硫薄膜晶粒尺寸和致密度的制备方法
Ghosh et al. GLAD synthesised erbium doped In 2 O 3 nano-columns for UV detection

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant