CN115377299A - 一种丝网印刷制备大规模钙钛矿阵列的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种丝网印刷制备大规模钙钛矿阵列的方法，涉及钙钛矿阵列印刷技术领域，其技术方案要点是方法包括制作基板、制备阵列图案、制作丝网印版、制备钙钛矿前驱液、丝网印刷、初步制得钙钛矿阵列湿膜、去除多余钙钛矿前驱溶液、制得钙钛矿阵列干膜，效果是本发明通过制备具有阵列图案小孔的基板作为承印物，并且将丝网印刷和旋涂法相结合，从而防止因丝网边缘弹性较低的情况而导致基板上薄膜边缘处较厚部分的前驱液甩出，从而提高生产出的钙钛矿阵列薄膜厚度较为均匀，通过在基板上依次涂覆具有亲油性的聚醚酰亚胺层以及疏油性的亚克力层，从而减少钙钛矿溶液在基板其余部分的粘合度，从而提高后续旋转甩出多余钙钛矿前驱液的效率。
Description
技术领域
本发明涉及钙钛矿阵列印刷技术领域，更具体地说，它涉及一种丝网印刷制备大规模钙钛矿阵列的方法。
背景技术
钙钛矿是指一类陶瓷氧化物，由于出色的光电特征，钙钛矿薄膜在光伏电池、LEDs等方面有着极大的应用前景，钙钛矿薄膜是通过涂覆钙钛矿前驱溶液并退火得到。
目前，市场上的钙钛矿薄膜的制备方法主要包括丝网印刷和旋涂法，丝网印刷工艺简单，并且能够制备大规模的钙钛矿薄膜，但是由于丝网边缘弹性低于丝网中心弹性的缘故，丝网印刷得到的钙钛矿薄膜往往边缘厚度高于中心，从而导致钙钛矿薄膜因厚度不均匀而出现光电性能降低的情况，至于旋涂法，虽然制得的钙钛矿薄膜厚度较均匀，但是不易制备阵列性图案的钙钛矿薄膜，并且旋涂法在旋转的过程中有大量的钙钛矿被甩出，从而造成钙钛矿材料的浪费，不适于大批制备钙钛矿薄膜。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种丝网印刷制备大规模钙钛矿阵列的方法。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种丝网印刷制备大规模钙钛矿阵列的方法，所述一种丝网印刷制备大规模钙钛矿阵列的方法包括如下步骤：
S1：制作基板，选取多块玻璃板，并在玻璃板上依次均匀涂上氧化锌和聚醚酰亚胺溶液，在30～50摄氏度的环境下，静置十分钟，待聚醚酰亚胺溶液完全凝固后，再将亚克力溶液旋涂在聚醚酰亚胺层的表面；
S2：制备阵列图案，利用标准的电子束光在基板的亚克力层上作出多个小孔，形成阵列图案；
S3：制作丝网印版，通过感光制版方法，制成带有与S2中阵列图案相同图文的丝网印版，再将其中一块刻有阵列图案的基板作为承印物放置在印刷台上，预备印刷钙钛矿阵列；
S4：制备钙钛矿前驱液，将钙钛矿材料溶于混合溶剂中，并在50～70摄氏度的温度条件下均匀搅拌混合溶液10min，从而形成钙钛矿前驱溶液，其中，混合溶剂包括DMSO试剂；
S5：丝网印刷，将混合均匀的钙钛矿前驱溶液倒在丝网的前端，利用刮板向下给予丝网压力，并丝网上的钙钛矿前驱溶液从前往后来回刮动，使丝网上的钙钛矿前驱溶液从制有阵列图案的网孔中被挤压至作为承印物的基板上阵列图案的小孔中，从而形成钙钛矿阵列湿膜；
S6：初步制得钙钛矿阵列湿膜，待从丝网上挤压下的钙钛矿前驱溶液都填充满基板上阵列图案的小孔时，停止刮动，将附有完整钙钛矿阵列湿膜的基板从丝网底部取出，并更换另一块基板，在丝网上增加新的钙钛矿前驱溶液，并重复S5－S6的步骤，制作新一批的钙钛矿阵列湿膜；
S7：去除多余钙钛矿前驱溶液，将附有钙钛矿阵列湿膜的基板放置在旋涂机的旋涂台上，并启动旋涂机，将基板上设置阵列图案以外位置的钙钛矿前驱溶液甩出，从而得到更均匀、更契合阵列图案小孔的钙钛矿阵列湿膜；
S8：制得钙钛矿阵列干膜，将S6中制得的钙钛矿阵列湿膜按制得的先后顺序先静置2min后，再将其在温度为100～110摄氏度的环境下退火10min，从而得到多批致密的钙钛矿阵列干膜。
优选地，所述S1中旋涂转速控制为2000r/min，旋涂时间控制为30秒，制得厚度为5nm的亚克力层。
优选地，所述S2中光刻小孔的深度为400～600nm。
优选地，所述S4中的钙钛矿材料为ABX3型钙钛矿，其中A为甲脒离子、甲胺离子、铯离子、钾离子、钠离子、铷离子、胺离子中的一种或者多种，B为铅离子、锡离子、锗离子中的一种或者多种，X为碘离子，溴离子，氯离子中的一种或者多种。
优选地，所述S4中的混合溶剂还包括DMF溶剂，且DMF与DMSO的体积比值为2：3。
优选地，所述S5中刮板的压力控制在1.5～2mP之间，控制刮板与死亡以及基板的顶面相接触，并呈四十五度角。
优选地，所述S7中旋涂机的旋转速度控制为500r/min，旋转时间控制在10～20S之间。
优选地，所述S8获得钙钛矿阵列干膜后，将钙钛矿阵列干膜从基板上剥离，并将基板清洗完后用于制备新一批的钙钛矿阵列湿膜。
与现有技术相比，本发明具备以下有益效果：
1、本发明通过制备具有阵列图案小孔的基板作为承印物，并且将丝网印刷和旋涂法相结合，从而防止因丝网边缘弹性较低的情况而导致基板上薄膜边缘处较厚部分的前驱液甩出，从而提高生产出的钙钛矿阵列薄膜厚度较为均匀，且相较于直接采用旋涂法更节约钙钛矿材料；
2、本发明通过在作为承印物的基板上依次涂覆具有亲油性的聚醚酰亚胺层以及疏油性的亚克力层，并且通过将钙钛矿材料与DMSO融合制成前驱液，提高前驱液的油性，从而使印刷过程中，从丝网边缘阵列图案被挤压出的部分前驱液大多都进入阵列图案的小孔中，减少钙钛矿溶液在基板其余部分的粘合度，从而提高后续旋转甩出多余钙钛矿前驱液的效率。
附图说明
图1为本发明的流程图。
具体实施方式
参照图1对本发明一种丝网印刷制备大规模钙钛矿阵列的方法实施例做进一步说明。
实施例一：
一种丝网印刷制备大规模钙钛矿阵列的方法，所述一种丝网印刷制备大规模钙钛矿阵列的方法包括如下步骤：
S1：制作基板，选取多块玻璃板，并在玻璃板上依次均匀涂上氧化锌和聚醚酰亚胺溶液，在30～50摄氏度的环境下，静置十分钟，待聚醚酰亚胺溶液完全凝固后，再将亚克力溶液旋涂在聚醚酰亚胺层的表面；
S2：制备阵列图案，利用标准的电子束光在基板的亚克力层上作出多个小孔，形成阵列图案；
S3：制作丝网印版，通过感光制版方法，制成带有与S2中阵列图案相同图文的丝网印版，再将其中一块刻有阵列图案的基板作为承印物放置在印刷台上，预备印刷钙钛矿阵列；
S4：制备钙钛矿前驱液，将钙钛矿材料溶于混合溶剂中，并在50摄氏度的温度条件下均匀搅拌混合溶液10min，从而形成钙钛矿前驱溶液，其中，混合溶剂包括DMSO试剂；
S5：丝网印刷，将混合均匀的钙钛矿前驱溶液倒在丝网的前端，利用刮板向下给予丝网压力，并丝网上的钙钛矿前驱溶液从前往后来回刮动，使丝网上的钙钛矿前驱溶液从制有阵列图案的网孔中被挤压至作为承印物的基板上阵列图案的小孔中，从而形成钙钛矿阵列湿膜；
S6：初步制得钙钛矿阵列湿膜，待从丝网上挤压下的钙钛矿前驱溶液都填充满基板上阵列图案的小孔时，停止刮动，将附有完整钙钛矿阵列湿膜的基板从丝网底部取出，并更换另一块基板，在丝网上增加新的钙钛矿前驱溶液，并重复S5－S6的步骤，制作新一批的钙钛矿阵列湿膜；
S7：去除多余钙钛矿前驱溶液，将附有钙钛矿阵列湿膜的基板放置在旋涂机的旋涂台上，并启动旋涂机，将基板上设置阵列图案以外位置的钙钛矿前驱溶液甩出，从而得到更均匀、更契合阵列图案小孔的钙钛矿阵列湿膜；
S8：制得钙钛矿阵列干膜，将S6中制得的钙钛矿阵列湿膜按制得的先后顺序先静置2min后，再将其在温度为100～110摄氏度的环境下退火10min，从而得到多批致密的钙钛矿阵列干膜。
所述S1中旋涂转速控制为2000r/min，旋涂时间控制为30秒，制得厚度为5nm的亚克力层。
所述S2中光刻小孔的深度为400～600nm。
所述S4中的钙钛矿材料为ABX3型钙钛矿，其中A为甲脒离子、甲胺离子、铯离子、钾离子、钠离子、铷离子、胺离子中的一种或者多种，B为铅离子、锡离子、锗离子中的一种或者多种，X为碘离子，溴离子，氯离子中的一种或者多种。
所述S4中的混合溶剂还包括DMF溶剂，且DMF与DMSO的体积比值为2：3。
所述S5中刮板的压力控制在1.5～2mP之间，控制刮板与死亡以及基板的顶面相接触，并呈四十五度角。
所述S7中旋涂机的旋转速度控制为500r/min，旋转时间控制在10～20S之间。
所述S8获得钙钛矿阵列干膜后，将钙钛矿阵列干膜从基板上剥离，并将基板清洗完后用于制备新一批的钙钛矿阵列湿膜。
通过制备具有阵列图案小孔的基板作为承印物，并且将丝网印刷和旋涂法相结合，从而防止因丝网边缘弹性较低的情况而导致基板上薄膜边缘处较厚部分的前驱液甩出，从而提高生产出的钙钛矿阵列薄膜厚度较为均匀，且相较于直接采用旋涂法更节约钙钛矿材料，通过在作为承印物的基板上依次涂覆具有亲油性的聚醚酰亚胺层以及疏油性的亚克力层，并且通过将钙钛矿材料与DMSO融合制成前驱液，提高前驱液的油性，从而使印刷过程中，从丝网边缘阵列图案被挤压出的部分前驱液大多都进入阵列图案的小孔中，减少钙钛矿溶液在基板其余部分的粘合度，从而提高后续旋转甩出多余钙钛矿前驱液的效率。
实施例二：
一种丝网印刷制备大规模钙钛矿阵列的方法，所述一种丝网印刷制备大规模钙钛矿阵列的方法包括如下步骤：
S1：制作基板，选取多块玻璃板，并在玻璃板上依次均匀涂上氧化锌和聚醚酰亚胺溶液，在30～50摄氏度的环境下，静置十分钟，待聚醚酰亚胺溶液完全凝固后，再将亚克力溶液旋涂在聚醚酰亚胺层的表面；
S2：制备阵列图案，利用标准的电子束光在基板的亚克力层上作出多个小孔，形成阵列图案；
S3：制作丝网印版，通过感光制版方法，制成带有与S2中阵列图案相同图文的丝网印版，再将其中一块刻有阵列图案的基板作为承印物放置在印刷台上，预备印刷钙钛矿阵列；
S4：制备钙钛矿前驱液，将钙钛矿材料溶于混合溶剂中，并在70摄氏度的温度条件下均匀搅拌混合溶液10min，从而形成钙钛矿前驱溶液，其中，混合溶剂包括DMSO试剂；
S5：丝网印刷，将混合均匀的钙钛矿前驱溶液倒在丝网的前端，利用刮板向下给予丝网压力，并丝网上的钙钛矿前驱溶液从前往后来回刮动，使丝网上的钙钛矿前驱溶液从制有阵列图案的网孔中被挤压至作为承印物的基板上阵列图案的小孔中，从而形成钙钛矿阵列湿膜；
S6：初步制得钙钛矿阵列湿膜，待从丝网上挤压下的钙钛矿前驱溶液都填充满基板上阵列图案的小孔时，停止刮动，将附有完整钙钛矿阵列湿膜的基板从丝网底部取出，并更换另一块基板，在丝网上增加新的钙钛矿前驱溶液，并重复S5－S6的步骤，制作新一批的钙钛矿阵列湿膜；
S7：去除多余钙钛矿前驱溶液，将附有钙钛矿阵列湿膜的基板放置在旋涂机的旋涂台上，并启动旋涂机，将基板上设置阵列图案以外位置的钙钛矿前驱溶液甩出，从而得到更均匀、更契合阵列图案小孔的钙钛矿阵列湿膜；
S8：制得钙钛矿阵列干膜，将S6中制得的钙钛矿阵列湿膜按制得的先后顺序先静置2min后，再将其在温度为100～110摄氏度的环境下退火10min，从而得到多批致密的钙钛矿阵列干膜。
所述S1中旋涂转速控制为2000r/min，旋涂时间控制为30秒，制得厚度为5nm的亚克力层。
所述S2中光刻小孔的深度为400～600nm。
所述S4中的钙钛矿材料为ABX3型钙钛矿，其中A为甲脒离子、甲胺离子、铯离子、钾离子、钠离子、铷离子、胺离子中的一种或者多种，B为铅离子、锡离子、锗离子中的一种或者多种，X为碘离子，溴离子，氯离子中的一种或者多种。
所述S4中的混合溶剂还包括DMF溶剂，且DMF与DMSO的体积比值为2：3。
所述S5中刮板的压力控制在1.5～2mP之间，控制刮板与死亡以及基板的顶面相接触，并呈四十五度角。
所述S7中旋涂机的旋转速度控制为500r/min，旋转时间控制在10～20S之间。
所述S8获得钙钛矿阵列干膜后，将钙钛矿阵列干膜从基板上剥离，并将基板清洗完后用于制备新一批的钙钛矿阵列湿膜。
通过制备具有阵列图案小孔的基板作为承印物，并且将丝网印刷和旋涂法相结合，从而防止因丝网边缘弹性较低的情况而导致基板上薄膜边缘处较厚部分的前驱液甩出，从而提高生产出的钙钛矿阵列薄膜厚度较为均匀，且相较于直接采用旋涂法更节约钙钛矿材料，通过在作为承印物的基板上依次涂覆具有亲油性的聚醚酰亚胺层以及疏油性的亚克力层，并且通过将钙钛矿材料与DMSO融合制成前驱液，提高前驱液的油性，从而使印刷过程中，从丝网边缘阵列图案被挤压出的部分前驱液大多都进入阵列图案的小孔中，减少钙钛矿溶液在基板其余部分的粘合度，从而提高后续旋转甩出多余钙钛矿前驱液的效率。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。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前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种丝网印刷制备大规模钙钛矿阵列的方法，其特征在于，所述一种丝网印刷制备大规模钙钛矿阵列的方法包括如下步骤：
S1：制作基板，选取多块玻璃板，并在玻璃板上依次均匀涂上氧化锌和聚醚酰亚胺溶液，在30～50摄氏度的环境下，静置十分钟，待聚醚酰亚胺溶液完全凝固后，再将亚克力溶液旋涂在聚醚酰亚胺层的表面；
S2：制备阵列图案，利用标准的电子束光在基板的亚克力层上作出多个小孔，形成阵列图案；
S3：制作丝网印版，通过感光制版方法，制成带有与S2中阵列图案相同图文的丝网印版，再将其中一块刻有阵列图案的基板作为承印物放置在印刷台上，预备印刷钙钛矿阵列；
S4：制备钙钛矿前驱液，将钙钛矿材料溶于混合溶剂中，并在50～70摄氏度的温度条件下均匀搅拌混合溶液10min，从而形成钙钛矿前驱溶液，其中，混合溶剂包括DMSO试剂；
S5：丝网印刷，将混合均匀的钙钛矿前驱溶液倒在丝网的前端，利用刮板向下给予丝网压力，并丝网上的钙钛矿前驱溶液从前往后来回刮动，使丝网上的钙钛矿前驱溶液从制有阵列图案的网孔中被挤压至作为承印物的基板上阵列图案的小孔中，从而形成钙钛矿阵列湿膜；
S6：初步制得钙钛矿阵列湿膜，待从丝网上挤压下的钙钛矿前驱溶液都填充满基板上阵列图案的小孔时，停止刮动，将附有完整钙钛矿阵列湿膜的基板从丝网底部取出，并更换另一块基板，在丝网上增加新的钙钛矿前驱溶液，并重复S5－S6的步骤，制作新一批的钙钛矿阵列湿膜；
S7：去除多余钙钛矿前驱溶液，将附有钙钛矿阵列湿膜的基板放置在旋涂机的旋涂台上，并启动旋涂机，将基板上设置阵列图案以外位置的钙钛矿前驱溶液甩出，从而得到更均匀、更契合阵列图案小孔的钙钛矿阵列湿膜；
S8：制得钙钛矿阵列干膜，将S6中制得的钙钛矿阵列湿膜按制得的先后顺序先静置2min后，再将其在温度为100～110摄氏度的环境下退火10min，从而得到多批致密的钙钛矿阵列干膜。
2.根据权利要求1所述的一种丝网印刷制备大规模钙钛矿阵列的方法，其特征在于：所述S1中旋涂转速控制为2000r/min，旋涂时间控制为30秒，制得厚度为5nm的亚克力层。
3.根据权利要求1所述的一种丝网印刷制备大规模钙钛矿阵列的方法，其特征在于：所述S2中光刻小孔的深度为400～600nm。
4.根据权利要求1所述的一种丝网印刷制备大规模钙钛矿阵列的方法，其特征在于：所述S4中的钙钛矿材料为ABX3型钙钛矿，其中A为甲脒离子、甲胺离子、铯离子、钾离子、钠离子、铷离子、胺离子中的一种或者多种，B为铅离子、锡离子、锗离子中的一种或者多种，X为碘离子，溴离子，氯离子中的一种或者多种。
5.根据权利要求1所述的一种丝网印刷制备大规模钙钛矿阵列的方法，其特征在于：所述S4中的混合溶剂还包括DMF溶剂，且DMF与DMSO的体积比值为2：3。
6.根据权利要求1所述的一种丝网印刷制备大规模钙钛矿阵列的方法，其特征在于：所述S5中刮板的压力控制在1.5～2mP之间，控制刮板与死亡以及基板的顶面相接触，并呈四十五度角。
7.根据权利要求1所述的一种丝网印刷制备大规模钙钛矿阵列的方法，其特征在于：所述S7中旋涂机的旋转速度控制为500r/min，旋转时间控制在10～20S之间。
8.根据权利要求1所述的一种丝网印刷制备大规模钙钛矿阵列的方法，其特征在于：所述S8获得钙钛矿阵列干膜后，将钙钛矿阵列干膜从基板上剥离，并将基板清洗完后用于制备新一批的钙钛矿阵列湿膜。
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|---|---|---|---|---|
| CN117529192A (zh) * | 2024-01-03 | 2024-02-06 | 浙江省白马湖实验室有限公司 | 一种钙钛矿太阳能电池中吸光层的制作装置及工艺 |
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN117529192A (zh) * | 2024-01-03 | 2024-02-06 | 浙江省白马湖实验室有限公司 | 一种钙钛矿太阳能电池中吸光层的制作装置及工艺 |
| CN117529192B (zh) * | 2024-01-03 | 2024-04-16 | 浙江省白马湖实验室有限公司 | 一种钙钛矿太阳能电池中吸光层的制作装置及工艺 |
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