CN107887510A - 一种二维层状钙钛矿薄膜、太阳能电池及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种二维层状钙钛矿薄膜、太阳能电池及其制备方法，包括以下步骤：合成二维层状钙钛矿；对所述二维层状钙钛矿进行研磨，得到二维层状钙钛矿粉末；将所述二维层状钙钛矿粉末放入反应室的蒸发舟内，对所述反应室进行抽真空，并对所述二维层状钙钛矿粉末进行加热至蒸发，在衬底上制备得到二维层状钙钛矿薄膜。本发明采用真空单源热蒸发法制备得到致密、均匀、无针孔、结晶度高、符合理想化学计量比的二维层状钙钛矿薄膜。本发明还基于二维层状钙钛矿薄膜的制备方法制备了一种二维层状钙钛矿薄膜太阳能电池。本发明所制备的二维层状钙钛矿薄膜太阳能电池具有效率高且稳定性高的特点。

Description

一种二维层状钙钛矿薄膜、太阳能电池及其制备方法
技术领域
本发明涉及钙钛矿薄膜太阳能电池领域，尤其涉及一种二维层状钙钛矿薄膜、二维层状钙钛矿薄膜太阳能电池及其制备方法。
背景技术
在钙钛矿太阳能电池吸收层材料中，大多数研究者选择三维的CH3NH3PbI3(MAPbI3)钙钛矿材料，因其具有突出的天然优势，例如高的消光系数，电子和空穴的双极性运输，中等的带隙，小的激子结合能和较高的载流子扩散长度。从商业化的角度看，要实现钙钛矿太阳能电池大规模商业化，必须解决大面积稳定性问题，MAPbI3容易吸水不稳定的问题一直没有得到很好的解决，与三维结构的钙钛矿相比，二维层状结构的钙钛矿，具有独特的几何结构、可变的带隙能量和较高的稳定性。目前二维层状钙钛矿薄膜太阳电池的最高效率接近14%，与三维结构相比，器件的稳定性得到了很好的提高；因此，发展二维层状钙钛矿薄膜将直接有利于提高钙钛矿太阳能电池的稳定性。
当前，制备高质量钙钛矿薄膜的方法主要有：非真空溶液法（包括一步法和两步法），溶液气相沉积法和真空双源热蒸发法。一步法相对比较简单，通过旋涂的方法将钙钛矿前驱体溶液沉积到基底上，最后通过热退火处理得到钙钛矿薄膜，但是其反应速度较快，可控性不好，造成薄膜不均匀、覆盖率较低，导致电子传输层和空穴传输层直接接触，造成电池的短路；两步法是将PbI2的DMF溶液首先旋涂到基底上，待薄膜退火干燥后，将 CH3NH3I的异丙醇溶液滴加到PbI2薄膜上高速旋涂，最后退火得到钙钛矿薄膜，但是两步法需要严格控制好PbI2薄膜的厚度，CH3NH3I溶液难与过厚的PbI2完全反应生成钙钛矿薄膜，造成大量PbI2的残留；溶液气相沉积法是将旋涂制备的PbI2薄膜与CH3NH3I蒸汽反应，形成钙钛矿太阳能电池的吸收层，但是CH3NH3I蒸汽很难与PbI2完全反应生成钙钛矿薄膜，存在过厚未反应的PbI2将在钙钛矿薄膜和电子传输层中形成阻挡层，将会严重影响钙钛矿太阳能电池载流子的传输效率；真空双源热蒸发法虽然能制备出高质量的钙钛矿薄膜，但由于蒸发过程中有机无机的气化温度不一样，这就要求在蒸发成膜的过程中要精确控制有机源和无机源的蒸发参数，导致蒸发成膜复杂难于控制，生成的钙钛矿薄膜容易造成成分偏离影响钙钛矿薄膜的质量。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种二维层状钙钛矿薄膜、二维层状钙钛矿薄膜太阳能电池及其制备方法，旨在解决现有工艺复杂、可控性差的问题。
本发明的技术方案如下：
一种二维层状钙钛矿薄膜的制备方法，其中，包括以下步骤：A、合成二维层状钙钛矿；B、对所述二维层状钙钛矿进行研磨，得到二维层状钙钛矿粉末；C、将所述二维层状钙钛矿粉末放入反应室的蒸发舟内，对所述反应室进行抽真空，并对所述二维层状钙钛矿粉末进行加热至蒸发，在衬底上形成二维层状钙钛矿薄膜。
所述二维层状钙钛矿薄膜的制备方法，其中，所述二维层状钙钛矿为(A)2(CH3NH3)n−1MnX3n+1，其中，A为有机长链分子；M为锗、锡、铅中的一种或多种；X为氯、溴、碘中的一种或多种；n≥1的整数。
所述二维层状钙钛矿薄膜的制备方法，其中，所述抽真空至反应室的真空度达到1.5×10-3Pa。一种二维层状钙钛矿薄膜，其中，采用如上所述的二维层状钙钛矿薄膜的制备方法制备而成。
一种二维层状钙钛矿薄膜太阳能电池，其中，自下而上依次包括：含有阳极的衬底、空穴传输层、如上所述的二维层状钙钛矿薄膜、电子传输层和阴极。
一种二维层状钙钛矿薄膜太阳能电池，其中，自下而上依次包括：含有阴极的衬底、电子传输层、如上所述的二维层状钙钛矿薄膜、空穴传输层和阳极。
一种二维层状钙钛矿薄膜太阳能电池的制备方法，其中，包括以下步骤：
R1、在含有阳极的衬底上沉积空穴传输层；
S1、在空穴传输层上采用如上所述的方法沉积二维层状钙钛矿薄膜；
T1、在二维层状钙钛矿薄膜上沉积电子传输层，最后蒸镀阴极，制备得到二维层状钙钛矿薄膜太阳能电池。
所述二维层状钙钛矿薄膜太阳能电池的制备方法，其中，步骤S1之后，步骤T1之前还包括：对所述二维层状钙钛矿薄膜进行热处理。
一种二维层状钙钛矿薄膜太阳能电池的制备方法，其中，包括以下步骤：
R2、在含有阴极的衬底上沉积电子传输层；
S2、在电子传输层上采用如上所述的方法沉积二维层状钙钛矿薄膜；
T2、在二维层状钙钛矿薄膜上沉积空穴传输层，最后蒸镀阳极，制备得到二维层状钙钛矿薄膜太阳能电池。
所述二维层状钙钛矿薄膜太阳能电池的制备方法，其中，步骤S2之后，步骤T2之前还包括：对所述二维层状钙钛矿薄膜进行热处理。
有益效果：本发明采用真空单源热蒸发法制备得到致密、均匀、无针孔、结晶度高、符合理想化学计量比的二维层状钙钛矿薄膜。
附图说明
图1为实施例1中蒸发原料二维层状钙钛矿(BA)2(MA)3Pb4I13晶体粉末SEM图。
图2为实施例1中真空单源热蒸发装置的结构示意图。
图3为实施例1~2中(BA)2(MA)3Pb4I13晶体粉末、常温制备和退火后(BA)2(MA)3Pb4I13薄膜的XRD图谱。
图4 为实施例1中常温下制备的二维层状钙钛矿(BA)2(MA)3Pb4I13薄膜的SEM图谱。
图5为实施例1~2中常温制备和退火后二维层状钙钛矿(BA)2(MA)3Pb4I13薄膜的透过率图谱。
图6为实施例2中热退火处理后二维层状钙钛矿(BA)2(MA)3Pb4I13薄膜的SEM图谱。
图7为实施例3中真空单源热蒸发制备的二维层状钙钛矿薄膜太阳能电池的结构示意图。
图8为实施例3中真空单源热蒸发制备的二维层状钙钛矿薄膜太阳能电池的I-V曲线图。
具体实施方式
本发明提供一种二维层状钙钛矿薄膜、二维层状钙钛矿薄膜太阳能电池及其制备方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供一种二维层状钙钛矿薄膜的制备方法，包括以下步骤：
A、合成二维层状钙钛矿；
B、对所述二维层状钙钛矿进行研磨，得到二维层状钙钛矿粉末；
C、将所述二维层状钙钛矿粉末放入反应室的蒸发舟内，对所述反应室进行抽真空，并对所述二维层状钙钛矿粉末进行加热至蒸发，在衬底上形成得到二维层状钙钛矿薄膜。
本发明步骤A中所述二维层状钙钛矿的制备方法为现有技术，在此不再赘述。本发明步骤C中所述二维层状钙钛矿薄膜的制备在真空单源热蒸发装置内进行，在高真空环境下，通过直接加热制备好的二维层状钙钛矿粉末，使其蒸发气化沉积到衬底上形成二维层状钙钛矿薄膜，整个蒸发过程中仅发生从固态到气态再到固态的物理过程，促进了二维层状薄膜在衬底上的成核和结晶，无需经过化学反应，是一种制备大面积，高效率且高稳定性二维层状钙钛矿薄膜太阳能电池的新方法。而且，通过前期控制粉末的量、蒸发时间，真空度、蒸发源电流、衬底转动和热处理退火条件，能够有效控制蒸发工艺。有机无机化合过程中以短程扩散为主。本发明采用真空单源热蒸发法，制备得到致密、均匀、无针孔、结晶度高、符合理想化学计量比的二维层状钙钛矿薄膜。
进一步地，所述二维层状钙钛矿为(A)2(CH3NH3)n−1MnX3n+1，其中，A为有机长链分子，例如A可以为CH3(CH2)3NH3、CH3CH2CH2NH3、CH3CH2NH3、CH3CH2CH2CH2NH3中的一种；M可以为锗、锡、铅等金属中的一种或多种；X可以为氯、溴、碘中的一种或多种；n≥1的整数，例如n可以取值为1、2、3或4等。
本发明二维层状钙钛矿(A)2(CH3NH3)n−1MnX3n+1具有独特的几何结构、可变的带隙能量和较高的稳定性，利用真空单源蒸发的方法有利于大面积钙钛矿薄膜的制备，更加满足产业化的要求，直接服务于制备大面积且高稳定性的钙钛矿太阳能电池。
本发明对二维层状钙钛矿粉末进行加热蒸发是在高真空环境下，通过将蒸发舟的工作电流快速升高后打开挡板进行沉积，蒸发舟的温度迅速升高，二维层状钙钛矿粉末可以在没有发生化学反应的情况下气化成二维层状钙钛矿，最后沉积到衬底上，整个蒸发过程中仅发生从固态到气态再到固态的物理过程，促进了二维层状薄膜在衬底上的成核和结晶，无需经过化学反应。
进一步地，本发明在采用真空单源蒸发的方法制备得到二维层状钙钛矿薄膜后，还包括步骤：对所述二维层状钙钛矿薄膜进行热处理。增加热处理的步骤，可使薄膜的结晶度更高，且热处理后的薄膜对可见光的吸收范围更大，更加符合层状钙钛矿薄膜太阳能电池对吸收层光吸收性能的要求。优选地，控制热处理的温度为140~160℃（如150℃），热处理的时间为15~25min（如20min）。
本发明提供了一种二维层状钙钛矿薄膜，其采用如上所述的二维层状钙钛矿薄膜的制备方法制备而成。本发明所述二维层状钙钛矿薄膜致密、均匀、无针孔、结晶度高、符合理想化学计量比。
本发明还提供一种二维层状钙钛矿薄膜太阳能电池，所述二维层状钙钛矿薄膜太阳能电池可以分为正式结构的二维层状钙钛矿薄膜太阳能电池和反式结构的二维层状钙钛矿薄膜太阳能电池。
作为一个具体实施例，当所述二维层状钙钛矿薄膜太阳能电池为正式结构时，所述二维层状钙钛矿薄膜太阳能电池自下往上依次包括：含有阳极的衬底、空穴传输层、本发明所述二维层状钙钛矿薄膜、电子传输层和阴极。
作为另一个具体实施例，当所述二维层状钙钛矿薄膜太阳能电池为反式结构时，所述二维层状钙钛矿薄膜太阳能电池包括自下往上依次包括：含有阴极的衬底、电子传输层、本发明所述二维层状钙钛矿薄膜、空穴传输层和阳极。
优选地，所述阳极可选自掺杂金属氧化物；其中，所述掺杂金属氧化物包括但不限于铟掺杂氧化锡（ITO）、氟掺杂氧化锡（FTO）、锑掺杂氧化锡（ATO）、铝掺杂氧化锌（AZO）、镓掺杂氧化锌（GZO）、铟掺杂氧化锌（IZO）、镁掺杂氧化锌（MZO）、铝掺杂氧化镁（AMO）等中的一种或多种。
优选地，所述空穴传输层的材料可以为但不限于聚乙撑二氧噻吩-聚(苯乙烯磺酸盐)（PEDOT:PSS）、PTAA、NiO、Spiro-MeOTAD、CuSCN、ZnO等中的一种或多种。
优选地，所述电子传输层的材料可以为但不限于[6,6]-苯基C61丁酸甲酯（PC61BM）、C60、TiO2、SnO2、ZnO等中的一种或多种。优选地，所述阴极的材料可以为但不限于银（Ag）、金（Au）、铝（Al）等中的一种或多种。
本发明还提供一种操作简单、成本低廉和节约原材料的方法制备大面积，高效率且高稳定性的二维层状钙钛矿薄膜太阳能电池。
作为一个具体实施例，当所述二维层状钙钛矿薄膜太阳能电池为正式结构时，所述二维层状钙钛矿薄膜太阳能电池的制备方法，具体包括以下步骤：
R1、提供一含有阳极的衬底，然后在含有阳极的衬底上沉积空穴传输层；
S1、在空穴传输层上采用如上所述的方法沉积二维层状钙钛矿薄膜；
T1、在二维层状钙钛矿薄膜上沉积电子传输层，最后蒸镀阴极，制备得到正式结构的二维层状钙钛矿薄膜太阳能电池。本发明上述步骤S1中，所述二维层状钙钛矿薄膜是通过真空单源热蒸发法制备得到。具体来说，将经步骤R1后沉积有空穴传输层的衬底置于真空单源热蒸发装置的反应室内，同时将备好的二维层状钙钛矿粉末放入反应室的蒸发舟内，对所述反应室进行抽真空，并对所述二维层状钙钛矿粉末进行加热至蒸发，在空穴传输层上形成二维层状钙钛矿薄膜。
本发明在高真空环境下，通过直接加热制备好的二维层状钙钛矿粉末，使其蒸发气化沉积到空穴传输层上形成二维层状钙钛矿薄膜，整个蒸发过程中仅发生从固态到气态再到固态的物理过程，促进了二维层状薄膜在空穴传输层上的成核和结晶，无需经过化学反应，是一种制备大面积，高效率且高稳定性二维层状钙钛矿薄膜太阳能电池的新方法。
进一步地，本发明在采用真空单源蒸发的方法制备得到二维层状钙钛矿薄膜后，还包括步骤：对所述二维层状钙钛矿薄膜进行热处理。增加热处理的步骤，可使薄膜的结晶度更高，且热处理后的薄膜对可见光的吸收范围更大，更加符合层状钙钛矿薄膜太阳能电池对吸收层光吸收性能的要求。优选地，控制热处理的温度为140~160℃（如150℃），热处理的时间为15~25min（如20min）。
本发明所述二维层状钙钛矿薄膜太阳能电池的制备方法，工艺成熟，操作简单，而且所制备的二维层状钙钛矿薄膜太阳能电池具有效率高且稳定性高的特点。而且，通过前期控制粉末的量、蒸发时间，真空度、蒸发源电流、衬底转动和热处理退火条件，能够有效控制蒸发工艺。
作为另一个具体实施例，当所述二维层状钙钛矿薄膜太阳能电池为反式结构时，所述二维层状钙钛矿薄膜太阳能电池的制备方法，具体包括以下步骤：
R2、提供一含有阴极的衬底，然后在含有阴极的衬底上沉积电子传输层；
S2、在电子传输层上采用如上所述的方法沉积二维层状钙钛矿薄膜；
T2、在二维层状钙钛矿薄膜上沉积空穴传输层，最后蒸镀阳极，制备得到反式结构的二维层状钙钛矿薄膜太阳能电池。
本发明上述步骤S2中，所述二维层状钙钛矿薄膜是通过真空单源热蒸发法制备得到。具体来说，将经步骤R2后沉积有电子传输层的衬底置于真空单源热蒸发装置的反应室内，同时将备好的二维层状钙钛矿粉末放入反应室的蒸发舟内，对所述反应室进行抽真空，并对所述二维层状钙钛矿粉末进行加热至蒸发，在电子传输层上形成二维层状钙钛矿薄膜。
本发明在高真空环境下，通过直接加热制备好的二维层状钙钛矿粉末，使其蒸发气化沉积到电子传输层上形成二维层状钙钛矿薄膜，整个蒸发过程中仅发生从固态到气态再到固态的物理过程，促进了二维层状薄膜在空穴传输层上的成核和结晶，无需经过化学反应，是一种制备大面积，高效率且高稳定性二维层状钙钛矿薄膜太阳能电池的新方法。
进一步地，本发明在采用真空单源蒸发的方法制备得到二维层状钙钛矿薄膜后，还包括步骤：对所述二维层状钙钛矿薄膜进行热处理。增加热处理的步骤，可使薄膜的结晶度更高，且热处理后的薄膜对可见光的吸收范围更大，更加符合层状钙钛矿薄膜太阳能电池对吸收层光吸收性能的要求。优选地，控制热处理的温度为140~160℃（如150℃），热处理的时间为15~25min（如20min）。
本发明所述二维层状钙钛矿薄膜太阳能电池的制备方法，工艺成熟，操作简单，而且所制备的二维层状钙钛矿薄膜太阳能电池具有效率高且稳定性高的特点。而且，通过前期控制粉末的量、蒸发时间，真空度、蒸发源电流、衬底转动和热处理退火条件，能够有效控制蒸发工艺。
本发明在二维层状钙钛矿薄膜太阳能电池的制备过程中，采用真空单源热蒸发法制备得到致密、均匀、无针孔、结晶度高、符合理想化学计量比的二维层状钙钛矿薄膜；采用该方法所制备的二维层状钙钛矿薄膜太阳能电池具有效率高且稳定性高的特点。
下面通过实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
本实施例以ITO玻璃为衬底，采用真空单源热蒸发的方法，制备出致密、均匀、无针孔、结晶度高、符合理想化学计量比的二维层状 (BA)2(MA)3Pb4I13钙钛矿薄膜；其中所述BA 为CH3(CH2)3NH3，MA 为CH3NH3。
如图1所示层状结构且高度结晶的(BA)2(MA)3Pb4I13钙钛矿晶体，通过研磨形成(BA)2(MA)3Pb4I13钙钛矿粉末，放入如图2所示的真空单源热蒸发装置内直接加热(BA)2(MA)3Pb4I13钙钛矿粉末，使粉末气化直接沉积到ITO玻璃衬底上，形成二维层状(BA)2(MA)3Pb4I13钙钛矿薄膜。其具体制备过程如下：
首先，将ITO玻璃衬底清洗干净，称取0.75g (BA)2(MA)3Pb4I13钙钛矿粉末，将粉末放入蒸发舟内，衬底和蒸发源的距离为25cm，衬底不需要加热，衬底转速为40r/min，对反应室进行抽真空，待真空度抽到1.5×10-3Pa后，打开蒸发电源，将蒸发舟的工作电流从0A快速升到140A后打开挡板进行沉积，直至粉末完全蒸发生成厚度约为300nm的二维层状钙钛矿(BA)2(MA)3Pb4I13薄膜，缓慢调节蒸发电流至0A，依次关闭分子泵，机械泵；最后向反应室内充入氮气取出薄膜样品。本实施例制备得到的二维层状钙钛矿(BA)2(MA)3Pb4I13薄膜结构与性能如下：
1、如图1电镜图所示，自制的二维层状钙钛矿(BA)2(MA)3Pb4I13晶体粉末高度结晶且呈层状结构。
2、如图3 XRD图谱所示，常温下制备的二维层状钙钛矿(BA)2(MA)3Pb4I13薄膜与二维层状钙钛矿(BA)2(MA)3Pb4I13晶体粉末具有明显的二维层状钙钛矿特征峰，制备出的薄膜取向性明显，无杂质相偏析，说明制备出的二维层状钙钛矿薄膜结构与蒸发源二维层状钙钛矿晶体粉末同源性较高。
3、如图4 电镜图所示，常温下制备的二维层状钙钛矿(BA)2(MA)3Pb4I13薄膜致密均匀且呈小片状分布。
4、如图5透过率图谱所示，常温下制备的二维层状钙钛矿(BA)2(MA)3Pb4I13薄膜在可见光区域内具有较强的光吸收，吸收边在700nm，计算出带隙为1.77eV，符合层状钙钛矿太阳能电池对吸收层光吸收性能的要求。
实施例2
本实施例层状钙钛矿(BA)2(MA)3Pb4I13薄膜的制备条件与实施例1相同，薄膜蒸镀完成后取出样品，放在加热板上150℃下热处理20min，本实施例制备得到的二维层状钙钛矿(BA)2(MA)3Pb4I13薄膜结构与性能如下：
1、如图3 XRD图谱所示，热处理后的二维层状钙钛矿(BA)2(MA)3Pb4I13薄膜具有明显的层状钙钛矿特征峰，择优取向更加明显且结晶度更高；
2、如图5透过率图谱所示，热处理后的二维层状钙钛矿(BA)2(MA)3Pb4I13薄膜吸收边明显红移，对可见光的吸收范围更大，吸收边为726nm，计算出带隙为1.708eV，更加符合层状钙钛矿薄膜太阳能电池对吸收层光吸收性能的要求；
3、如图6电镜图所示，热处理后的二维层状钙钛矿(BA)2(MA)3Pb4I13薄膜表面结晶颗粒更大，结晶度更高且更加致密平整。
实施例3
本实施例二维层状钙钛矿薄膜太阳能电池，其采用常规的太阳能电池结构：ITO/PEDOT:PSS/二维层状钙钛矿(BA)2(MA)3Pb4I13 /PCBM/Ag，如图7所示，1为ITO玻璃衬底，2为PEDOT:PSS空穴传输层，3为二维层状钙钛矿(BA)2(MA)3Pb4I13薄膜，4为PCBM电子传输层，5为Ag电极。
上述二维层状钙钛矿薄膜太阳能电池的制备过程如下：
首先将ITO玻璃清洗干净，将PEDOT:PSS空穴传输层旋涂到ITO玻璃衬底上（4000r/30s），140℃退火10min后将基片转移到真空单源热蒸发装置的反应室内，层状钙钛矿(BA)2(MA)3Pb4I13薄膜的制备条件与实施例1相同，利用真空单源热蒸发的方法在PEDOT:PSS层上制备二维层状钙钛矿(BA)2(MA)3Pb4I13薄膜，蒸镀结束后取出样品放在加热板上150℃热处理20min，然后在二维层状钙钛矿(BA)2(MA)3Pb4I13薄膜上旋涂PCBM电子传输层（3000r/30s），最后蒸镀Ag电极，形成结构为ITO/PEDOT:PSS/二维层状钙钛矿(BA)2(MA)3Pb4I13/PCBM/Ag的高效率且高稳定性的二维层状钙钛矿薄膜太阳能电池。
本实施例所制备的二维层状钙钛矿(BA)2(MA)3Pb4I13薄膜太阳能电池性能如下：
1、在AM1.5模拟太阳光条件下，室温环境下测量的二维层状钙钛矿薄膜太阳能电池呈现明显的光生伏特效应；
2、二维层状钙钛矿薄膜太阳能电池的I-V曲线如图8所示：制备出的二维层状钙钛矿薄膜太阳能电池几乎没有回滞现象，开路电压为0.95V，短路电流密度为10.36mA/cm2，填充因子为45.82％，光电转换效率为4.51％。
综上所述，本发明采用真空单源热蒸发法制备得到致密、均匀、无针孔、结晶度高、符合理想化学计量比的二维层状钙钛矿薄膜。本发明还基于二维层状钙钛矿薄膜的制备方法制备了一种二维层状钙钛矿薄膜太阳能电池。本发明所制备的二维层状钙钛矿薄膜太阳能电池具有效率高且稳定性高的特点。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种二维层状钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、合成二维层状钙钛矿；
B、对所述二维层状钙钛矿进行研磨，得到二维层状钙钛矿粉末；
C、将所述二维层状钙钛矿粉末放入反应室的蒸发舟内，对所述反应室进行抽真空，并对所述二维层状钙钛矿粉末进行加热至蒸发，在衬底上形成二维层状钙钛矿薄膜。
2.根据权利要求1所述二维层状钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，所述二维层状钙钛矿为(A)2(CH3NH3)n−1MnX3n+1，其中，A为有机长链分子；M为锗、锡、铅中的一种或多种；X为氯、溴、碘中的一种或多种；n≥1的整数。
3.根据权利要求1所述二维层状钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，所述抽真空至反应室的真空度达到1.5×10-3Pa。
4.一种二维层状钙钛矿薄膜，其特征在于，采用权利要求1~3任一项所述的二维层状钙钛矿薄膜的制备方法制备而成。
5.一种二维层状钙钛矿薄膜太阳能电池，其特征在于，自下而上依次包括：含有阳极的衬底、空穴传输层、权利要求4所述的二维层状钙钛矿薄膜、电子传输层和阴极。
6.一种二维层状钙钛矿薄膜太阳能电池，其特征在于，自下而上依次包括：含有阴极的衬底、电子传输层、权利要求4所述的二维层状钙钛矿薄膜、空穴传输层和阳极。
7.一种二维层状钙钛矿薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
R1、在含有阳极的衬底上沉积空穴传输层；
S1、在空穴传输层上采用权利要求1~3任一项所述的方法沉积二维层状钙钛矿薄膜；
T1、在二维层状钙钛矿薄膜上沉积电子传输层，最后蒸镀阴极，制备得到二维层状钙钛矿薄膜太阳能电池。
8.根据权利要求7所述二维层状钙钛矿薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤S1之后，步骤T1之前还包括：对所述二维层状钙钛矿薄膜进行热处理。
9.一种二维层状钙钛矿薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
R2、在含有阴极的衬底上沉积电子传输层；
S2、在电子传输层上采用权利要求1~3任一项所述的方法沉积二维层状钙钛矿薄膜；
T2、在二维层状钙钛矿薄膜上沉积空穴传输层，最后蒸镀阳极，制备得到二维层状钙钛矿薄膜太阳能电池。
10.根据权利要求9所述二维层状钙钛矿薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤S2之后，步骤T2之前还包括：对所述二维层状钙钛矿薄膜进行热处理。
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108796449A (zh) * 2018-06-25 2018-11-13 陕西师范大学 一种用单源热蒸发制备CH3NH3PbI3薄膜的方法
CN108832005A (zh) * 2018-06-25 2018-11-16 陕西师范大学 利用单源热蒸发法制备高效率CsPbBr3无机钙钛矿电池的方法
CN109853031A (zh) * 2019-02-27 2019-06-07 中南大学 一种高质量二维层状碘化铅钙钛矿单晶材料及其制备方法
GB2577492A (en) * 2018-09-24 2020-04-01 Oxford Photovoltaics Ltd Method of forming a crystalline or polycrystalline layer of an organic-inorganic metal halide perovskite
CN112331557A (zh) * 2020-11-05 2021-02-05 深圳大学 一种无机无铅双钙钛矿薄膜、太阳能电池及其制备方法
CN112739798A (zh) * 2018-07-13 2021-04-30 牛津大学科技创新有限公司 A/m/x材料的制备方法
CN113564519A (zh) * 2021-07-22 2021-10-29 南京大学 通过外加压力实现平整自支撑薄膜转移方法及自支撑薄膜
US11901177B2 (en) 2018-11-21 2024-02-13 Cubicpv Inc. Enhanced perovskite materials for photovoltaic devices

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104134720A (zh) * 2014-07-10 2014-11-05 上海大学 单源闪蒸法生长有机无机杂化钙钛矿材料及其平面型太阳能电池的制备方法
CN104795501A (zh) * 2015-04-22 2015-07-22 武汉理工大学 一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法
CN106549106A (zh) * 2016-10-21 2017-03-29 中国科学院上海应用物理研究所 一种基于层状钙钛矿结构材料的薄膜太阳能电池及其制备方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104134720A (zh) * 2014-07-10 2014-11-05 上海大学 单源闪蒸法生长有机无机杂化钙钛矿材料及其平面型太阳能电池的制备方法
CN104795501A (zh) * 2015-04-22 2015-07-22 武汉理工大学 一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法
CN106549106A (zh) * 2016-10-21 2017-03-29 中国科学院上海应用物理研究所 一种基于层状钙钛矿结构材料的薄膜太阳能电池及其制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
D.B.MITZI等: ""Thin film deposition of organic-inorganic hybrid materials using a single source thermal ablation technique"", 《CHEM.MATER》 *
史昆玉等: ""层状类钙钛矿材料（RNH3）2MX4薄膜的制备及结构与性能表征"", 《万方：硕士学位论文》 *

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108832005A (zh) * 2018-06-25 2018-11-16 陕西师范大学 利用单源热蒸发法制备高效率CsPbBr3无机钙钛矿电池的方法
CN108796449A (zh) * 2018-06-25 2018-11-13 陕西师范大学 一种用单源热蒸发制备CH3NH3PbI3薄膜的方法
CN108832005B (zh) * 2018-06-25 2022-04-01 陕西师范大学 利用单源热蒸发法制备高效率CsPbBr3无机钙钛矿电池的方法
CN112739798A (zh) * 2018-07-13 2021-04-30 牛津大学科技创新有限公司 A/m/x材料的制备方法
US11976227B2 (en) 2018-07-13 2024-05-07 Oxford University Innovation Limited Fabrication process for A/M/X materials
CN116716104A (zh) * 2018-07-13 2023-09-08 牛津大学科技创新有限公司 A/m/x材料的制备方法和光电器件
GB2577492A (en) * 2018-09-24 2020-04-01 Oxford Photovoltaics Ltd Method of forming a crystalline or polycrystalline layer of an organic-inorganic metal halide perovskite
GB2577492B (en) * 2018-09-24 2021-02-10 Oxford Photovoltaics Ltd Method of forming a crystalline or polycrystalline layer of an organic-inorganic metal halide perovskite
US11634440B2 (en) 2018-09-24 2023-04-25 Oxford Photovoltaics Limited Method of forming a crystalline or polycrystalline layer of an organic-inorganic metal halide perovskite
US11901177B2 (en) 2018-11-21 2024-02-13 Cubicpv Inc. Enhanced perovskite materials for photovoltaic devices
CN109853031A (zh) * 2019-02-27 2019-06-07 中南大学 一种高质量二维层状碘化铅钙钛矿单晶材料及其制备方法
CN112331557A (zh) * 2020-11-05 2021-02-05 深圳大学 一种无机无铅双钙钛矿薄膜、太阳能电池及其制备方法
CN113564519A (zh) * 2021-07-22 2021-10-29 南京大学 通过外加压力实现平整自支撑薄膜转移方法及自支撑薄膜

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