CN105702870A - 一种利用溶液抽气法制备钙钛矿太阳能电池中钙钛矿薄膜的方法 - Google Patents

一种利用溶液抽气法制备钙钛矿太阳能电池中钙钛矿薄膜的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105702870A
CN105702870A CN201610073366.0A CN201610073366A CN105702870A CN 105702870 A CN105702870 A CN 105702870A CN 201610073366 A CN201610073366 A CN 201610073366A CN 105702870 A CN105702870 A CN 105702870A
Authority
CN
China
Prior art keywords
perovskite
thin film
solvent
matrix
solution
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.)
Pending
Application number
CN201610073366.0A
Other languages
English (en)
Inventor
杨冠军
李长久
李成新
高黎黎
丁斌
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.)
Xian Jiaotong University
Original Assignee
Xian Jiaotong University
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 Xian Jiaotong University filed Critical Xian Jiaotong University
Priority to CN201610073366.0A priority Critical patent/CN105702870A/zh
Publication of CN105702870A publication Critical patent/CN105702870A/zh
Pending legal-status Critical Current

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
    • H10K71/12—Deposition of organic active material using liquid deposition, e.g. spin coating
    • 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
    • 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
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

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

Abstract

本发明提供了一种利用溶液抽气法制备钙钛矿太阳能电池中钙钛矿薄膜的方法，将涂敷在基体表面的钙钛矿液膜，置于溶剂分压低于溶剂当前温度下饱和蒸汽压的环境中进行抽气干燥，控制干燥过程条件使基体表面异相形核并生长，从而形成均匀、致密的钙钛矿薄膜。本发明可获得结构均匀致密的钙钛矿薄膜，从而避免钙钛矿薄膜漏洞造成的电流漏流，有利于实现高效太阳能电池，具有操作简单易于实现、成本低廉、重复准确性高、便于工业化及连续生产等优点。

Description

一种利用溶液抽气法制备钙钛矿太阳能电池中钙钛矿薄膜的方法
技术领域
本发明属于太阳能电池制备技术领域，具体涉及一种利用溶液抽气法制备钙钛矿太阳能电池中钙钛矿薄膜的方法。
背景技术
在光伏领域，具有钙钛矿结构的有机-金属卤化物作为一种光吸收材料，以其独特的性质引起光伏界的极大关注，钙钛矿太阳能电池的转换效率近几年突飞猛进，已超过20％。钙钛矿薄膜作为钙钛矿太阳能电池中光电转换基本材料，是钙钛矿太阳能电池的关键与核心，其制备工艺主要采用溶液法，其中包含一步法和两步法。一步法虽操作相对简单，但制备的钙钛矿薄膜存在一些问题：薄膜的均匀性和结晶性不能得到有效控制，钙钛矿薄膜晶粒粗大、呈树枝状，对基体的覆盖率低，致使电子在传输过程中极其容易与空穴发生复合，导致钙钛矿太阳能电池性能差、且稳定性不够好。得到均匀、致密、结合强度好、覆盖率高的钙钛矿薄膜是制备高性能钙钛矿太阳能电池的关键。液相结晶的条件是溶液具有过饱和度。已有的技术方案主要是通过溶液中溶剂的自然干燥或直接加热干燥，难以实现对钙钛矿薄膜结晶特性的良好控制，因此一步法无法获得均匀致密的钙钛矿薄膜。有报道通过气吹加快蒸发，可在一定程度上提高溶液干燥速度，但气吹容易造成溶液面不稳定，从而引起钙钛矿薄膜表面起伏不均匀，可能造成基体裸露，影响钙钛矿太阳能电池均匀性和光电性能，难以产业化应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用溶液抽气法制备钙钛矿太阳能电池中钙钛矿薄膜的方法，该方法能够克服现有技术的缺点，获得结构均匀致密的钙钛矿薄膜。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种利用溶液抽气法制备钙钛矿太阳能电池中钙钛矿薄膜的方法，其具体步骤为：将钙钛矿溶液涂敷在基体表面，形成钙钛矿液膜，然后将其置于低溶剂分压的环境中进行抽气干燥，抽气干燥时钙钛矿液膜的温度介于溶剂的冰点温度与沸点温度之间，控制干燥过程条件使钙钛矿液膜中的溶质在基体表面异相形核并生长，得到均匀、致密的钙钛矿薄膜；其中低溶剂分压的环境是指该环境中的溶剂分压低于溶剂在当前干燥温度下的饱和蒸汽压，所述的溶剂为钙钛矿溶液中的溶剂。
所述的钙钛矿溶液中的溶剂为DMF、DMSO或γ-丁内脂中的一种或两种任意比例的混合溶剂。
所述的钙钛矿溶液中的溶质为摩尔比为1:1的PbX2和CH3NH3Y，其中X为I、Br或Cl，Y为I、Br或Cl，X与Y相同或不同。
所述的钙钛矿溶液中PbX2和CH3NH3Y形成CH3NH3PbX2Y，CH3NH3PbX2Y的质量百分浓度为10～50％。
采用刮涂、喷雾或涂布的方式将钙钛矿溶液涂敷在基体表面，得到的钙钛矿液膜的厚度≤4000nm。
抽气干燥时控制钙钛矿溶液的温度为-20～40℃。
控制干燥过程条件使钙钛矿液膜中的溶质在基体表面异相形核并生长，是指通过对基体粗糙形貌、热量补偿、抽气速度和干燥速度的控制，抑制钙钛矿液膜中均相形核，使溶质在基体表面优先异相形核，并继续结晶，生长成致密均匀的钙钛矿薄膜。
所述的异相形核，是在采用表面平坦的基体时，在基体表面均匀的异相形核；
所述的异相形核，是在采用粗糙的基体时，在晶核尺寸小于基体粗糙表面凹坑尺寸的条件下，在凹坑部位优先异相形核；或着在晶核尺寸大于基体粗糙表面凹坑尺寸的条件下，在粗糙表面均匀的异相形核。
所述的热量补偿是通过基体预热或加热、钙钛矿液膜预热或加热、或者非接触式辐射加热的方式对钙钛矿液膜或基体进行即时热量补偿。
在抽气干燥完成后，将得到的薄膜在50～300℃下进行2min～10h的热处理，即得到钙钛矿薄膜。
相对于现有技术，本发明的有益效果为：
本发明提供的利用溶液抽气法制备钙钛矿太阳能电池中钙钛矿薄膜的方法，将涂敷在基体表面的钙钛矿液膜，置于溶剂分压低于溶剂当前温度下饱和蒸汽压的环境中进行抽气干燥，控制干燥过程条件使基体表面异相形核并生长，从而形成均匀、致密的钙钛矿薄膜。本发明通过降低压力至当前温度溶剂饱和蒸汽压以下，加速溶剂蒸发，使溶液快速具有高过饱和度，从而使大量溶质能够在基体上异相形核并生长，得到一层致密的钙钛矿薄膜。本发明能够克服现有技术存在的不足，可以获得结构均匀致密的钙钛矿薄膜，从而避免钙钛矿薄膜漏洞造成的电流漏流，有利于实现高效太阳能电池的制造，具有操作简单易于实现、成本低廉、重复准确性高、便于工业化及连续生产等优点。
进一步的，本发明中，在抽气干燥过程中，为了进一步加速溶剂挥发并且对生成的钙钛矿晶粒热处理，可以适当提高当前温度，最终得到理想的钙钛矿薄膜。同时，在干燥过程中，可以通过基体预热或加热、溶液预热或加热、非接触式辐射加热的方式对溶液膜或基体进行即时热量补偿，以抑制因溶液降温降低饱和蒸汽压从而影响干燥速度。而且经抽气干燥得到的钙钛矿薄膜，可以对其进行热处理，以进一步调控优化其晶粒结构、形貌和尺寸。
附图说明
图1-1为对比例1制得的CH3NH3PbI3薄膜的SEM图，其中(a)的放大倍数为5千倍，(b)的放大倍数为1万倍，(c)的放大倍数为2万倍。
图1-2为对比例2制得的CH3NH3PbI3薄膜的SEM图，其中(a)的放大倍数为5千倍，(b)的放大倍数为1万倍，(c)的放大倍数为2万倍。
图1-3为对比例3制得的CH3NH3PbI3薄膜的SEM图，其中(a)的放大倍数为5千倍，(b)的放大倍数为1万倍，(c)的放大倍数为2万倍。
图2-1为实施例1制得的CH3NH3PbI3薄膜的SEM图，其中(a)的放大倍数为5千倍，(b)的放大倍数为1万倍，(c)的放大倍数为2万倍。
图2-2为实施例2制得的CH3NH3PbI3薄膜的SEM图，其中(a)的放大倍数为5千倍，(b)的放大倍数为1万倍，(c)的放大倍数为2万倍。
图2-3为实施例3制得的CH3NH3PbI3薄膜的SEM图，其中(a)的放大倍数为5千倍，(b)的放大倍数为1万倍，(c)的放大倍数为2万倍。
具体实施方式
钙钛矿薄膜是钙钛矿太阳能电池内光电转换的关键结构层，因此，高质量钙钛矿薄膜的制备是发展高效太阳能电池的关键之一。本发明为了避免现有技术存在的不足，发明一种新的制备钙钛矿薄膜的方法，将涂敷在基体表面的钙钛矿液膜，置于溶剂分压低于溶剂当前温度下饱和蒸汽压的环境中进行抽气干燥，控制干燥过程条件使基体表面异相形核并生长，从而形成均匀、致密的钙钛矿薄膜。由于本发明可获得结构均匀致密的钙钛矿薄膜，从而能够避免钙钛矿薄膜漏洞造成的电流漏流，有利于实现高效太阳能电池的制造，具有操作简单易于实现、成本低廉、重复准确性高、便于工业化及连续生产等优点。
本发明主要是通过降低压力至当前温度溶剂饱和蒸汽压以下，加速溶剂蒸发，使溶液快速具有高过饱和度，从而使大量溶质能够在基体上异相形核并生长，得到一层致密的钙钛矿薄膜。为了进一步加速溶剂挥发并且对生成的钙钛矿晶粒热处理，可以适当提高当前温度，最终得到理想的钙钛矿薄膜。
所述的置于溶剂分压低于溶剂当前温度下饱和蒸汽压的环境中进行抽气干燥，是通过将该环境连接抽气泵或其它压力更低的容器的方式进行抽气干燥。
所述的控制干燥过程条件使基体表面基于异相形核为结晶并生长，是指通过对基体粗糙形貌、抽气速度、溶液干燥速度和基体溶液薄膜热补偿的控制，使溶液过饱和程度不达到均相形核程度，基于抑制溶液中均相形核，使基体表面优先异相形核，并继续结晶生长，从而生长成致密均匀的钙钛矿薄膜。该工艺参数的具体确定需针对具体的溶剂和温度条件获得过饱和均相形核和异相形核相关的参数，即使在没有上述参数的情况下，也可通过有限次实验来获得。
在干燥过程中，通过基体预热或加热、溶液预热或加热、非接触式辐射加热的方式对溶液膜或基体进行即时热量补偿，以抑制因溶液降温降低饱和蒸汽压从而影响干燥速度。
经抽气干燥得到的钙钛矿薄膜，进一步在50～300℃温度下对其进行2min～10h热处理，以进一步调控优化晶粒结构、形貌和尺寸。
本发明提供的利用抽气法制备钙钛矿薄膜的方法，在抽气干燥过程中，只要使钙钛矿液膜保持液态，即其温度介于钙钛矿液膜中溶质的冰点温度与沸点温度之间，都可按照本发明的方法进行干燥，得到均匀、致密的钙钛矿薄膜。但干燥时温度若较高，则制得的钙钛矿薄膜的表面还是有可能会出现极其微小的均匀孔隙，影响薄膜性能。而当干燥时温度低于30℃，则制得的钙钛矿薄膜的表面不会出现孔隙，使得薄膜具有非常良好的性能。
下面结合对比例与本发明的实施例对本发明做进一步详细说明。其中，对比例采用常压下直接进行加热使溶剂挥发的方式制备钙钛矿薄膜，而本发明的实施例通过降低压力至当前温度下溶剂的饱和蒸汽压以下，加速溶剂蒸发，使溶液快速具有过高的饱和度，从而使大量溶质能够在基体上异相形核并生长，得到一层致密的钙钛矿薄膜。
对比例1
步骤1)以DMF为溶剂，配制质量百分浓度为35％的CH3NH3PbI3溶液，通过喷雾法在柔性导电基体ITO上喷涂一层配制好的CH3NH3PbI3溶液，得到一层淡黄色、厚度约1500nm的钙钛矿液膜。
步骤2)将该钙钛矿液膜放置在70℃的热板上加热40min，促使溶剂蒸发液膜结晶形核并长大，发现其颜色由淡黄色变为黑色，得到一层CH3NH3PbI3薄膜，其形貌如图1-1中(a)、(b)、(c)所示。
从图1-1可以看出，对比例1制得的CH3NH3PbI3薄膜不均匀，晶粒粗大、呈树枝状，对基体的覆盖率低。
对比例2
步骤1)以DMSO为溶剂，配制质量百分浓度为35％的CH3NH3PbI3溶液，在导电玻璃FTO基体上刮涂一层配制好的CH3NH3PbI3溶液，得到一层淡黄色、厚度约2000nm的钙钛矿液膜。
步骤2)将该钙钛矿液膜放置在200℃的热板上加热30min，使溶剂蒸发，液膜在基体上结晶形核并长大，发现其颜色由淡黄色变为黑色，得到一层CH3NH3PbI3薄膜，其形貌如图1-2中(a)、(b)、(c)所示。
从图1-2可以看出，对比例2制得的CH3NH3PbI3薄膜不均匀，晶粒粗大、呈树枝状，对基体的覆盖率低。
对比例3
步骤1)以DMF为溶剂，配制质量百分浓度为40％的CH3NH3PbI3溶液。通过涂布法在导电玻璃ITO上涂敷一层配制好的CH3NH3PbI3溶液，得到一层淡黄色、厚度约4000nm的钙钛矿液膜。
步骤2)将该钙钛矿液膜放置在120℃的热板上加热20min，使溶剂蒸发，液膜在基体上异质结晶形核并生长，同时液膜颜色由淡黄色变为黑色，得到一层CH3NH3PbI3薄膜，其形貌如图1-3中(a)、(b)、(c)所示。
从图1-3可以看出，对比例3制得的CH3NH3PbI3薄膜不均匀，晶粒粗大、呈树枝状，对基体的覆盖率低。
实施例1
1)以DMF为溶剂，PbI2和CH3NH3I为溶质，配制钙钛矿溶液，钙钛矿溶液中CH3NH3PbI3的质量百分浓度为35％。
2)利用喷雾法在柔性导电基体ITO上喷涂一层配制好的钙钛矿溶液，得到一层淡黄色、厚度约1500nm的钙钛矿液膜。
3)在50℃下进行抽气干燥，此温度下溶剂的饱和蒸汽压约为2200Pa，将钙钛矿液膜置于400Pa的腔室中，此时溶剂与腔室压力的压差为1800Pa，溶剂快速挥发，液膜具有极高的过饱和度，满足形核的条件，在粗糙的基体上液膜异相形核并生长。溶剂在30s内挥发完毕，30s后将得到的薄膜取出，薄膜颜色为暗红色。
4)将薄膜置于70℃的热板上热处理15min，得到的CH3NH3PbI3薄膜(钙钛矿薄膜)的形貌如图2-1中(a)、(b)、(c)所示。
从图2-1可以看出，实施例1制得的CH3NH3PbI3薄膜均匀、致密，对基体的覆盖率高，在高倍放大倍数下可观察到该钙钛矿薄膜的表面有少量极其微小的均匀孔隙。
实施例2
1)以DMSO为溶剂，PbI2和CH3NH3I为溶质，配制钙钛矿溶液，钙钛矿溶液中CH3NH3PbI3的质量百分浓度为30％。
2)在导电玻璃FTO基体上刮涂一层配制好的钙钛矿溶液，得到一层淡黄色、厚度约2000nm的钙钛矿液膜。
3)在70℃下进行抽气干燥，此温度下溶剂的饱和蒸汽压约为5900Pa，将钙钛矿液膜置于40Pa的腔室中，此时溶剂与腔室压力的压差为5860Pa。溶剂挥发后液膜达到过饱和，在粗糙的基体表面液膜异相形核并生长。溶剂在10s内挥发完毕，10s后将薄膜取出，薄膜颜色为暗红色。
4)将薄膜置于200℃的热板上热处理2min，得到的CH3NH3PbI3薄膜的形貌如图2-2中(a)、(b)、(c)所示。
从图2-2可以看出，实施例2制得的CH3NH3PbI3薄膜均匀、致密，对基体的覆盖率高，在高倍放大倍数下可观察到该钙钛矿薄膜的表面有较多微小的均匀孔隙。
实施例3
1)以DMF为溶剂，PbI2和CH3NH3I为溶质，配制钙钛矿溶液，钙钛矿溶液中CH3NH3PbI3的质量百分浓度为40％。
2)在导电玻璃ITO基体上通过涂布法涂敷一层配制好的钙钛矿溶液，得到一层淡黄色、厚度约4000nm的钙钛矿液膜。
3)在25℃下进行抽气干燥，此温度下溶剂的饱和蒸汽压约为550Pa，将钙钛矿液膜置于500Pa的腔室中，此时溶剂与腔室压力的压差为50Pa。溶剂挥发后液膜达到过饱和，在粗糙的基体表面液膜异相形核并生长。溶剂在60s内挥发完毕，60s后将薄膜取出，薄膜颜色为暗红色。
4)将薄膜置于120℃的热板上热处理5min，得到的CH3NH3PbI3薄膜的形貌如图2-3中(a)、(b)、(c)所示。
从图2-3可以看出，实施例3制得的CH3NH3PbI3薄膜均匀、致密，对基体的覆盖率高，在高倍放大倍数下可观察到该钙钛矿薄膜的表面几乎没有微小的均匀孔隙。
通过图1-1、1-2、1-3与图2-1、2-2、2-3的对比可以看出，传统的加热方法制得的钙钛矿薄膜非常不均匀，晶粒粗大、呈树枝状，对基体的覆盖率低。而本发明的方法制得的钙钛矿薄膜能够克服现有技术制得的薄膜的缺点，本发明的钙钛矿薄膜均匀、致密，对基体的覆盖率高，能够避免钙钛矿薄膜漏洞造成的电流漏流，有利于实现高效太阳能电池的制造。
实施例4
1)以γ-丁内脂为溶剂，PbBr2和CH3NH3Br为溶质，配制钙钛矿溶液，钙钛矿溶液中CH3NH3PbBr3的质量百分浓度为50％。
2)利用喷雾法在柔性导电基体ITO上喷涂一层配制好的钙钛矿溶液，得到一层淡黄色、厚度约1000nm的钙钛矿液膜。
3)在40℃下进行抽气干燥，此温度下溶剂的饱和蒸汽压约为1310Pa，将钙钛矿液膜置于40Pa的腔室中，此时溶剂与腔室压力的压差为1270Pa，溶剂快速挥发，液膜具有极高的过饱和度，满足形核的条件，在粗糙的基体上液膜异相形核并生长。溶剂快速挥发完毕，然后将得到的薄膜取出。
4)将薄膜置于300℃的热板上热处理2min，得到CH3NH3PbBr3薄膜(钙钛矿薄膜)。
实施例5
1)以DMSO和DMF为溶剂，PbCl2和CH3NH3Cl为溶质，配制钙钛矿溶液，钙钛矿溶液中CH3NH3PbCl3的质量百分浓度为20％。
2)在导电玻璃FTO基体上刮涂一层配制好的钙钛矿溶液，得到一层淡黄色、厚度约2500nm的钙钛矿液膜。
3)在60℃下进行抽气干燥，此温度下溶剂的饱和蒸汽压约为3700Pa，将钙钛矿液膜置于40Pa的腔室中，此时溶剂与腔室压力的压差为3660Pa，溶剂快速挥发，液膜具有极高的过饱和度，满足形核的条件，在粗糙的基体上液膜异相形核并生长。溶剂快速挥发完毕，然后将得到的薄膜取出。
4)将薄膜置于50℃的热板上热处理10h，得到CH3NH3PbCl3薄膜。
实施例6
1)以DMF和γ-丁内脂为溶剂，PbI2和CH3NH3Br为溶质，配制钙钛矿溶液，钙钛矿溶液中CH3NH3PbI2Br的质量百分浓度为10％。
2)在导电玻璃ITO基体上通过涂布法涂敷一层配制好的钙钛矿溶液，得到一层淡黄色、厚度约3000nm的钙钛矿液膜。
3)在20℃下进行抽气干燥，此温度下溶剂的饱和蒸汽压约为394Pa，将钙钛矿液膜置于40Pa的腔室中，此时溶剂与腔室压力的压差为354Pa，溶剂快速挥发，液膜具有极高的过饱和度，满足形核的条件，在粗糙的基体上液膜异相形核并生长。溶剂快速挥发完毕，然后将得到的薄膜取出。
4)将薄膜置于250℃的热板上热处理3min，得到CH3NH3PbI2Br薄膜。
实施例7
1)以DMSO和γ-丁内脂为溶剂，PbCl2和CH3NH3I为溶质，配制钙钛矿溶液，钙钛矿溶液中CH3NH3PbCl2I的质量百分浓度为45％。
2)在导电玻璃FTO基体上刮涂一层配制好的钙钛矿溶液，得到一层淡黄色、厚度约3500nm的钙钛矿液膜。
3)在10℃下进行抽气干燥，此温度下溶剂的饱和蒸汽压约为200Pa，将钙钛矿液膜置于10Pa的腔室中，此时溶剂与腔室压力的压差为190Pa，溶剂快速挥发，液膜具有极高的过饱和度，满足形核的条件，在粗糙的基体上液膜异相形核并生长。溶剂快速挥发完毕，然后将得到的薄膜取出。
4)将薄膜置于100℃的热板上热处理1h，得到CH3NH3PbCl2I薄膜。
实施例8
1)以DMSO和DMF为溶剂，PbBr2和CH3NH3Cl为溶质，配制钙钛矿溶液，钙钛矿溶液中CH3NH3PbBr2Cl的质量百分浓度为25％。
2)在导电玻璃FTO基体上刮涂一层配制好的钙钛矿溶液，得到一层淡黄色、厚度约500nm的钙钛矿液膜。
3)在30℃下进行抽气干燥，此温度下溶剂的饱和蒸汽压约为740Pa，将钙钛矿液膜置于600Pa的腔室中，此时溶剂与腔室压力的压差为140Pa，溶剂快速挥发，液膜具有极高的过饱和度，满足形核的条件，在粗糙的基体上液膜异相形核并生长。溶剂快速挥发完毕，然后将得到的薄膜取出。
4)将薄膜置于150℃的热板上热处理10min，得到CH3NH3PbBr2Cl薄膜。

Claims (10)

1.一种利用溶液抽气法制备钙钛矿太阳能电池中钙钛矿薄膜的方法，其特征在于，其具体步骤为：将钙钛矿溶液涂敷在基体表面，形成钙钛矿液膜，然后将其置于低溶剂分压的环境中进行抽气干燥，抽气干燥时钙钛矿液膜的温度介于溶剂的冰点温度与沸点温度之间，控制干燥过程条件使钙钛矿液膜中的溶质在基体表面异相形核并生长，得到均匀、致密的钙钛矿薄膜；其中低溶剂分压的环境是指该环境中的溶剂分压低于溶剂在当前干燥温度下的饱和蒸汽压，所述的溶剂为钙钛矿溶液中的溶剂。
2.根据权利要求1所述的利用溶液抽气法制备钙钛矿太阳能电池中钙钛矿薄膜的方法，其特征在于：所述的钙钛矿溶液中的溶剂为DMF、DMSO或γ-丁内脂中的一种或两种任意比例的混合溶剂。
3.根据权利要求1所述的利用溶液抽气法制备钙钛矿太阳能电池中钙钛矿薄膜的方法，其特征在于：所述的钙钛矿溶液中的溶质为摩尔比为1:1的PbX2和CH3NH3Y，其中X为I、Br或Cl，Y为I、Br或Cl，X与Y相同或不同。
4.根据权利要求3所述的利用溶液抽气法制备钙钛矿太阳能电池中钙钛矿薄膜的方法，其特征在于：所述的钙钛矿溶液中PbX2和CH3NH3Y形成CH3NH3PbX2Y，CH3NH3PbX2Y的质量百分浓度为10～50％。
5.根据权利要求1所述的利用溶液抽气法制备钙钛矿太阳能电池中钙钛矿薄膜的方法，其特征在于：采用刮涂、喷雾或涂布的方式将钙钛矿溶液涂敷在基体表面，得到的钙钛矿液膜的厚度≤4000nm。
6.根据权利要求1所述的利用溶液抽气法制备钙钛矿太阳能电池中钙钛矿薄膜的方法，其特征在于：抽气干燥时控制钙钛矿溶液的温度为-20～40℃。
7.根据权利要求1所述的利用溶液抽气法制备钙钛矿太阳能电池中钙钛矿薄膜的方法，其特征在于：控制干燥过程条件使钙钛矿液膜中的溶质在基体表面异相形核并生长，是指通过对基体粗糙形貌、热量补偿、抽气速度和干燥速度的控制，抑制钙钛矿液膜中均相形核，使溶质在基体表面优先异相形核，并继续结晶，生长成致密均匀的钙钛矿薄膜。
8.根据权利要求7所述的利用溶液抽气法制备钙钛矿太阳能电池中钙钛矿薄膜的方法，其特征在于：所述的异相形核，是在采用表面平坦的基体时，在基体表面均匀的异相形核；
所述的异相形核，是在采用粗糙的基体时，在晶核尺寸小于基体粗糙表面凹坑尺寸的条件下，在凹坑部位优先异相形核；或着在晶核尺寸大于基体粗糙表面凹坑尺寸的条件下，在粗糙表面均匀的异相形核。
9.根据权利要求7所述的利用溶液抽气法制备钙钛矿太阳能电池中钙钛矿薄膜的方法，其特征在于：所述的热量补偿是通过基体预热或加热、钙钛矿液膜预热或加热、或者非接触式辐射加热的方式对钙钛矿液膜或基体进行即时热量补偿。
10.根据权利要求1所述的利用溶液抽气法制备钙钛矿太阳能电池中钙钛矿薄膜的方法，其特征在于：在抽气干燥完成后，将得到的薄膜在50～300℃下进行2min～10h的热处理，即得到钙钛矿薄膜。
CN201610073366.0A 2016-02-02 2016-02-02 一种利用溶液抽气法制备钙钛矿太阳能电池中钙钛矿薄膜的方法 Pending CN105702870A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610073366.0A CN105702870A (zh) 2016-02-02 2016-02-02 一种利用溶液抽气法制备钙钛矿太阳能电池中钙钛矿薄膜的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610073366.0A CN105702870A (zh) 2016-02-02 2016-02-02 一种利用溶液抽气法制备钙钛矿太阳能电池中钙钛矿薄膜的方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN105702870A true CN105702870A (zh) 2016-06-22

Family

ID=56230215

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610073366.0A Pending CN105702870A (zh) 2016-02-02 2016-02-02 一种利用溶液抽气法制备钙钛矿太阳能电池中钙钛矿薄膜的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105702870A (zh)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107033875A (zh) * 2017-05-11 2017-08-11 华南师范大学 气相辅助溶液法制备有机无机杂合纯溴基钙钛矿量子点的方法
CN107894741A (zh) * 2017-11-06 2018-04-10 西安交通大学 一种溶液环境可控的高性能薄膜制备装备
CN107910443A (zh) * 2017-11-06 2018-04-13 西安交通大学 一种碳电极钙钛矿太阳能电池及其制备方法
CN108550700A (zh) * 2018-04-13 2018-09-18 苏州协鑫纳米科技有限公司 钙钛矿光敏层及其制备方法、钙钛矿电池
CN109524553A (zh) * 2018-11-26 2019-03-26 西安交通大学 绒面均匀钙钛矿膜的液膜速干抑爬原位析晶制备方法
CN109545977A (zh) * 2018-11-26 2019-03-29 西安交通大学 绒面均匀钙钛矿膜的液膜增稠抑爬原位析晶制备方法
CN109686843A (zh) * 2018-11-30 2019-04-26 苏州协鑫纳米科技有限公司 钙钛矿太阳能电池及其制备方法
CN110867517A (zh) * 2019-11-07 2020-03-06 常州大学 一种宽制备窗口及自发绒面钙钛矿太阳能电池的制备方法
CN112490372A (zh) * 2020-10-30 2021-03-12 西安交通大学 一种太阳电池基体绒面蒸气预涂与涂膜一体化方法及设备
CN113788629A (zh) * 2021-08-19 2021-12-14 华中科技大学 一种高质量卤化物钙钛矿薄膜的制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050104945A1 (en) * 2003-11-17 2005-05-19 Samsung Electronics Co., Ltd. Apparatus for forming a thin film using an inkjet printing method
CN102318040A (zh) * 2009-03-06 2012-01-11 E.I.内穆尔杜邦公司 形成电活性层的方法
CN104409641A (zh) * 2014-11-07 2015-03-11 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 一种提高有机-无机钙钛矿薄膜均匀性和结晶性的新方法
CN105070841A (zh) * 2015-07-21 2015-11-18 苏州大学 一种钙钛矿太阳能电池的制备方法
CN105239054A (zh) * 2015-11-03 2016-01-13 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

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050104945A1 (en) * 2003-11-17 2005-05-19 Samsung Electronics Co., Ltd. Apparatus for forming a thin film using an inkjet printing method
CN102318040A (zh) * 2009-03-06 2012-01-11 E.I.内穆尔杜邦公司 形成电活性层的方法
CN104409641A (zh) * 2014-11-07 2015-03-11 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 一种提高有机-无机钙钛矿薄膜均匀性和结晶性的新方法
CN105070841A (zh) * 2015-07-21 2015-11-18 苏州大学 一种钙钛矿太阳能电池的制备方法
CN105239054A (zh) * 2015-11-03 2016-01-13 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

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
LI-LI GAO等: "Preparation of flexible perovskite solar cells by a gas pump drying method on a plastic substrate", 《J. MATER. CHEM. A》 *

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107033875A (zh) * 2017-05-11 2017-08-11 华南师范大学 气相辅助溶液法制备有机无机杂合纯溴基钙钛矿量子点的方法
CN107894741A (zh) * 2017-11-06 2018-04-10 西安交通大学 一种溶液环境可控的高性能薄膜制备装备
CN107910443A (zh) * 2017-11-06 2018-04-13 西安交通大学 一种碳电极钙钛矿太阳能电池及其制备方法
CN108550700B (zh) * 2018-04-13 2022-02-22 昆山协鑫光电材料有限公司 钙钛矿光敏层及其制备方法、钙钛矿电池
CN108550700A (zh) * 2018-04-13 2018-09-18 苏州协鑫纳米科技有限公司 钙钛矿光敏层及其制备方法、钙钛矿电池
CN109524553A (zh) * 2018-11-26 2019-03-26 西安交通大学 绒面均匀钙钛矿膜的液膜速干抑爬原位析晶制备方法
CN109545977A (zh) * 2018-11-26 2019-03-29 西安交通大学 绒面均匀钙钛矿膜的液膜增稠抑爬原位析晶制备方法
CN109686843A (zh) * 2018-11-30 2019-04-26 苏州协鑫纳米科技有限公司 钙钛矿太阳能电池及其制备方法
CN109686843B (zh) * 2018-11-30 2023-05-26 昆山协鑫光电材料有限公司 钙钛矿太阳能电池及其制备方法
CN110867517A (zh) * 2019-11-07 2020-03-06 常州大学 一种宽制备窗口及自发绒面钙钛矿太阳能电池的制备方法
CN112490372A (zh) * 2020-10-30 2021-03-12 西安交通大学 一种太阳电池基体绒面蒸气预涂与涂膜一体化方法及设备
CN112490372B (zh) * 2020-10-30 2022-10-25 西安交通大学 一种太阳电池基体绒面蒸气预涂与涂膜一体化方法及设备
CN113788629A (zh) * 2021-08-19 2021-12-14 华中科技大学 一种高质量卤化物钙钛矿薄膜的制备方法
CN113788629B (zh) * 2021-08-19 2022-09-27 华中科技大学 一种高质量卤化物钙钛矿薄膜的制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105702870A (zh) 一种利用溶液抽气法制备钙钛矿太阳能电池中钙钛矿薄膜的方法
CN105702871A (zh) 一种利用溶液抽气通气法制备钙钛矿太阳能电池中钙钛矿薄膜的方法
CN112289932B (zh) 钙钛矿薄膜及其制备方法和应用
CN110212098A (zh) 一种钙钛矿多晶薄膜的印刷制备方法
WO2019000641A1 (en) METHOD FOR PREPARING A SOLAR CELL MODULE IN PEROVSKITE BY ROLLER ROLL PRINTING
CN109449295B (zh) 一种基于两步法印刷制备钙钛矿薄膜的方法
CN106128954B (zh) 一种提升钙钛矿结晶性的方法
CN101820018A (zh) 一种CdS薄膜的制备方法
CN205974658U (zh) 一种钙钛矿薄膜的蒸发设备
CN107331778B (zh) 钙钛矿薄膜及其制备方法
CN105355786A (zh) 一种低温制备二氧化钛和钙钛矿平面异质结太阳电池的方法
CN107887514A (zh) 一种钙钛矿薄膜的制备方法及其应用
CN111370582A (zh) 一种在微米级大绒面上钙钛矿太阳电池的制备方法
CN105118877B (zh) 一种铜铟镓硫硒薄膜材料的制备方法
CN110724934B (zh) 一种粉末蒸发装置及其使用方法和应用
CN109545975A (zh) 绒面均匀钙钛矿膜的液膜抑爬原位冷冻升华析晶制备方法
CN110571337B (zh) 基于预成核控制法在空气中制备钙钛矿薄膜的方法及应用
WO2023207240A1 (zh) 一种限域退火法及钙钛矿薄膜或太阳能电池的制备方法
CN115583802B (zh) 一种卤化物钙钛矿薄膜及其制备方法、装置
CN112490371B (zh) 一种太阳电池基体绒面熏蒸预涂与干燥一体化方法及设备
CN111403612A (zh) 一种水系前驱体钙钛矿薄膜及其制备方法和应用
CN104505462A (zh) 一种有机金属卤化物薄膜及其制备方法与应用
CN112510156B (zh) 一种密环流抑波干燥制膜方法及设备
CN105405980A (zh) 一种钙钛矿太阳能电池光阳极的退火方法
CN113667992B (zh) 一种喷雾热聚合制备石墨相氮化碳薄膜电极的方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20160622

RJ01 Rejection of invention patent application after publication