CN110289358A - 一种钙钛矿成膜工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种钙钛矿成膜工艺，包括：步骤1)取前驱液滴加在衬底一侧；步骤2)连续匀速滴加，滴加速率为0.1mL/min‑10mL/min，滴加范围是沿着衬底一侧直线滴加，直至前驱液完全线性覆盖衬底一侧边缘为止；步骤3)用适宜于上述条件的软膜覆盖于滴加前驱液的一侧，用机械手拖动软膜，刷向衬底另一侧，得到均匀涂覆在衬底上的前驱液；步骤4)0‑300℃条件下退火,退火时长0‑300min。本发明的有益效果是：采用软膜覆盖的刷膜方法，通过剪切力的作用达到准确调控膜厚的效果，同时也避免了硬质刮头可能带来的薄膜损伤，从而实现钙钛矿大面积成膜的高效制备。对钙钛矿的大面积产业化推进有重要意义。
Description
技术领域
本发明涉及钙钛矿太阳能电池领域，更具体地说，它涉及一种钙钛矿成膜工艺。
背景技术
高效制备大面积的均匀薄膜是一直以来钙钛矿电池领域面临的一个重要问题，薄膜面积的大小，膜厚均一性的精准调控以及原材料利用率等技术问题一直以来得到广泛的关注。对于液态前驱液的大面积成膜，目前常见的方法主要有延流法和刮涂法，常采用调控流体量或者刮头与基板之间的间距来调整薄膜的厚度。但是，流平的方法受到液体量的影响较大，仅能在一定程度上保证膜厚，无法做到精准调控，而刮涂虽然可以通过调控刮头与基板间距达到精准调控，但是刮头质硬，对薄膜在一定程度上存在损伤，因此，寻找一种无损伤，同时可以精确调控膜厚的钙钛矿大面积成膜工艺具有重要的意义。
对于目前的钙钛矿大面积成膜方法，延流法和刮涂法已经取得了很好的效果，但是依然存在一些技术问题，主要表现为:在大面积成膜过程中，膜厚的均匀一致性如何保证。硬质刮头对薄膜造成一定程度的损伤，降低了成膜质量。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种钙钛矿成膜工艺。
钙钛矿成膜工艺，包括软膜、钙钛矿前驱液和钙钛矿前驱液溶剂；包括如下步骤：
1)取前驱液滴加在衬底一侧；
2)连续匀速滴加，滴加速率为0.1mL/min-10mL/min，滴加范围是沿着衬底一侧直线滴加，直至前驱液完全线性覆盖衬底一侧边缘为止；
3)用适宜于上述条件的软膜覆盖于滴加前驱液的一侧，用机械手拖动软膜，刷向衬底另一侧，得到均匀涂覆在衬底上的前驱液；
4)0-300℃条件下退火,退火时长0-300min。
作为优选：软膜材质为树脂、纤维或凝胶。
作为优选：软膜具有弹性模量，软膜厚度为0.05mm-5mm。
作为优选：钙钛矿前驱液的成分包括碘化铅与碘甲胺，其中碘化铅与碘甲胺的摩尔比为1:1到1:1.2之间。
作为优选：钙钛矿前驱液溶剂为DMF。
作为优选：钙钛矿前驱液溶剂包括DMF、DMSO和GBL；DMF与DMSO的摩尔比范围3:1到1:1，DMF与GBL的摩尔比范围12:1到5:1。
本发明的有益效果是：提出一种新的钙钛矿成膜工艺，采用软膜覆盖的刷膜方法，在刮涂的基础上进行改进，将硬质刮头改为柔性薄膜，结合薄膜与前驱液的表面张力，液体粘度以及薄膜的运动速率，通过三者的协同作用，得到恒定的水平面内的流体剪切力，通过剪切力的作用达到准确调控膜厚的效果，同时也避免了硬质刮头可能带来的薄膜损伤，从而实现钙钛矿大面积成膜的高效制备。对钙钛矿的大面积产业化推进有重要意义。
附图说明
图1是刷膜工艺示意图；
图2是实施例对比图；
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本发明。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
本工艺从软膜材质，前驱液选择，刷膜速率等方面入手，主要改善了前驱液涂覆于基板的成膜工艺，其他的钙钛矿电池的制备工艺按照基本的制备流程，如下：ITO玻璃清洗-紫外臭氧处理-旋涂电子传输层-退火处理–紫外臭氧处理-钙钛矿活性层成膜-退火处理-旋涂空穴传输层-银电极蒸镀-效率测试。
实施例1将面积为1cm*1cm的聚酰亚胺膜(PI)软覆盖刷膜，衬底面积为1cm*10cm，在衬底最左侧边缘处滴加体积为50μL的钙钛矿前驱液，前驱液组分为PbI2与MAI摩尔比1.07：1，用PI膜缓慢匀速刷过，调控刷膜的速率为2mm/s恒定不变，得到前驱液可均匀覆盖于衬底上，在100℃下退火10min，得到均匀高质量的钙钛矿薄膜。
实施例2将具有疏前驱液性能的软膜用于软覆盖刷膜，面积为5cm*5cm，衬底面积为10cm*10cm，前驱液组分为PbI2与MAI摩尔比1.07：1，滴加100μL前驱液于基底上，刷膜速率在0.5mm/s-2mm/s变速刷膜，得到前驱液可均匀覆盖于衬底上，在140℃退火15min，得到均匀高质量的钙钛矿薄膜。
实施例3将疏水软膜与亲水软膜分别用于同一前驱液，前驱液组分为PbI2与MAI摩尔比1.07：1，取相同体积20μL滴加在1mm*1mm衬底上，刷膜速率均为2mm/s，退火时间均为10min，制备出不同晶体尺寸以及膜性能的钙钛矿晶体薄膜。
| 软覆盖薄膜 | 钙钛矿膜表面粗糙度 | 钙钛矿膜表面裂纹 |
| 封口膜 | 小 | 较少 |
| PI膜 | 较大 | 较多 |
具体对比如图2所示。图2的左图为5μm尺寸下PI膜刷出的退火后钙钛矿表面，粗糙度大，裂缝很多，图2的右图为5μm尺寸下封口膜刷出的退火后钙钛矿表面，粗糙度小，裂缝较少。
实施例4
(1)钙钛矿配方，以碘化铅(PbI2)、碘甲胺(MAI)为主要成分的溶质，加入一定量的碘化铯，按照一定配比溶解于DMF与DMSO(2:1)的混合溶剂中。
(2)取钙钛矿前驱液10μL，滴加在面积为0.1m2的基底一侧，利用基底表面的润湿性部分铺展，用PI膜从有前驱液的一侧缓慢拖动向基底另一侧，速度为0.5mm/s恒定不变，前驱液均匀涂覆基底上，在120℃条件下退火10min，电池效率为18％。
| Voc(V) | Jsc(mA/cm<sup>2</sup>) | FF | PCE(％) |
| 1.15 | 22.05 | 71.14 | 18.03％ |
Claims (6)
1.一种钙钛矿成膜工艺，其特征在于，包括软膜、钙钛矿前驱液和钙钛矿前驱液溶剂；包括如下步骤：
1)取前驱液滴加在衬底一侧；
2)连续匀速滴加，滴加速率为0.1mL/min-10mL/min，滴加范围是沿着衬底一侧直线滴加，直至前驱液完全线性覆盖衬底一侧边缘为止；
3)用适宜于上述条件的软膜覆盖于滴加前驱液的一侧，用机械手拖动软膜，刷向衬底另一侧，得到均匀涂覆在衬底上的前驱液；
4)0-300℃条件下退火,退火时长0-300min。
2.根据权利要求1所述的钙钛矿成膜工艺，其特征在于，软膜材质为树脂、纤维或凝胶。
3.根据权利要求1所述的钙钛矿成膜工艺，其特征在于，软膜具有弹性模量，软膜厚度为0.05mm-5mm。
4.根据权利要求1所述的钙钛矿成膜工艺，其特征在于，钙钛矿前驱液的成分包括碘化铅与碘甲胺，其中碘化铅与碘甲胺的摩尔比为1:1到1:1.2之间。
5.根据权利要求1所述的钙钛矿成膜工艺，其特征在于，钙钛矿前驱液溶剂为DMF。
6.根据权利要求1所述的钙钛矿成膜工艺，其特征在于，钙钛矿前驱液溶剂包括DMF、DMSO和GBL；DMF与DMSO的摩尔比范围3:1到1:1，DMF与GBL的摩尔比范围12:1到5:1。
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