一种制备CH3NH3PbI3钙钛矿薄膜的方法与流程

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一种制备CH3NH3PbI3钙钛矿薄膜的方法与流程

本发明涉及一种制备CH3NH3PbI3钙钛矿薄膜的方法,属于稳定的钙钛矿前驱体浆料以及丝网印刷技术领域。



背景技术:

钙钛矿CH3NH3PbX3(X=Cl,Br,I)具有近似完美的晶体结构、能级可调、极高的光吸收系数和载粒子迁移率等优点,在太阳能电池、发光二极管、光电探测等领域展示出优异的性能。钙钛矿CH3NH3PbX3(X=Cl,Br,I)材料是近年来的一个热点。但目前制备钙钛矿薄膜主要是用到旋涂法或者蒸镀法。旋涂法只适合制备小面积的钙钛矿薄膜,无法进行大规模化和大面积的生产,是制约钙钛矿器件发展的一个障碍。蒸镀法似乎适合大面积制备钙钛矿薄膜,但蒸镀法的成本高,需要高的真空和大型的设备。如何低成本的实现钙钛矿薄膜的制备,一直是一个重要的技术和科学问题。

丝网印刷制备薄膜材料具有用量节省、工艺简单,便于大规模生产等优点。无论在工业制备,还是在科学技术研究中,丝网印刷都是制备薄膜材料的一种有效方法。采用丝网印刷在空气环境中制备钙钛矿薄膜一种是一个期待。目前主要缺乏在室温空气环境中稳定的钙钛矿前驱体浆料。

因此,实现丝网印刷大规模制备钙钛矿薄膜,对开发大面积钙钛矿器件,推动钙钛矿器件,尤其是钙钛矿太阳能电池的商业化,意义重大。



技术实现要素:

本发明所要解决的技术问题是:制备含铅元素的纳米颗粒稳定存在的浆料,提供一种满足应用丝网印刷钙钛矿薄膜的设计及其制造方法。

本发明解决其技术问题采用以下的技术方案:

(1)在溶液中,以铅盐(如Pb(NO3)2)为原料,加入还原剂,随后加入氧化剂,生成含铅纳米结构颗粒;制备含铅的纳米结构,如纳米颗粒等。还原剂与Pb的摩尔比为1~5:1,氧化剂的比例为1~5:1。

(2)将上述纳米颗粒与一定量的粘稠剂(如乙基纤维素)和溶剂(如松油醇和乙醇等)混合,搅拌均匀,研磨,配制成浆料,与铅的所占质量比1~6:10。

(3)将上述浆料丝网印刷在基底上(如FTO导电透明玻璃)。退火形成氧化铅薄膜,其中退火温度设定在300~450度之间;

(4)氧化铅薄膜薄膜沉浸在甲氨碘的异丙醇溶液中,生成黑色的钙钛矿薄膜,其中甲氨碘的浓度为1~10mM。

有益效果

与现有技术相比具有以下主要的优点:制作工艺简单、成本低和适合大规模应用。

附图说明

图1.氧化铅薄膜的XRD图片。

图2.(a,b)氧化铅薄膜的SEM图片(c,d)氧化铅的TEM图片,(e)氧化铅的高分辨TEM图片,插图为对于的选区电子衍射图片。

图3.不同甲胺碘浓度下(1.5,3.0,6.0mM)生成钙钛矿的XRD图片。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

一种大面积规模化钙钛矿薄膜的制备方法,主要涉及稳定的钙钛矿前驱体浆料、丝网印刷技术和氧化铅与甲胺碘直接反应生产钙钛矿。

其具体步骤包括:

(1)在Pb(NO3)2溶液中,逐渐加入NaBH4溶液还原出铅的纳米颗粒,随后加入氧化剂NaClO进一步生成含铅的纳米颗粒。

(2)将上述纳米颗粒与一定量的乙基纤维素和松油醇和乙醇等混合,质量比大概是1:(0.1~0.6):(3~10):(1~10)搅拌均匀,再研磨,配制成浆料。

(3)将上述浆料丝网印刷在基底上(如FTO导电透明玻璃)。退火形成氧化铅薄膜,其中退火温度设定在300~450度之间。如在375度下形成薄膜的XRD如图1所示,其中峰值位置29.12°,32.34°,36.29°,46.22°,49.01°,55.31°,59.76°,60.43°,和65.92°等分别对于斜方晶系的PbO的(111),(020),(002),(220),(202),(003),(222),(113),和(203)晶面,这验证了退火后的产物是氧化铅。峰值位置27.01°,38.29°,51.96°和62.26°等来源于FTO玻璃。图2(a-d)显示了氧化铅薄膜的多孔结构。图2(e)中的晶面距0.281nm和0.312nm分别对应氧化铅的(200)和(111)晶面。插图的选取电子衍射图像,其中的衍射点显示了氧化铅的单晶属性。进一步表明了含铅纳米颗粒退火后的产物为氧化铅。

(4)氧化铅薄膜薄膜沉浸在甲氨碘的异丙醇溶液中,生成黑色的钙钛矿薄膜,其中甲氨碘的浓度为1~10mM,反应时间为10分钟~3小时。从片子背后看基本生成黑色为止。在图3所示的XRD图片中,峰值位置14.66°,28.65°,29.11°,31.44°,32.37°,35.45°,40.04°,41.03°,42.18°,43.17°,43.57°,46.19°,和49.04°分别对应四方空间群I4/mcm钙钛矿CH3NH3PbI3的(140)(110),(004),(220),(213),(222),(204),(224),(400),(215),(006),(411),(332)和(442)晶面,表明了氧化铅可直接与甲胺碘反应生成CH3NH3PbI3钙钛矿。其中峰值位置24.08°,24.92°,和27.03°对应PbI2的(104),(015)和(107)晶面,表明反应的中间产物为PbI2,随后生成CH3NH3PbI3钙钛矿。

再多了解一些
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