一种用横向电流制备钙钛矿CH3NH3PbI3薄膜的方法与流程

本发明属于钙钛矿薄膜制作技术领域，具体涉及一种在制备钙钛矿ch3nh3pbi3薄膜过程中使钙钛矿常温加电流结晶的方法。

背景技术：

近年来钙钛矿材料已成为材料科学研究领域的热点之一，其由于具有较高的载流子迁移率、强的光吸收能力、较高的发光效率、扩散距离长、制作成本低等优点，引起广泛关注。它可应用在电子器件和光电子器件等方面，如钙钛矿发光二极管、光电探测器、太阳能电池等。目前钙钛矿薄膜制备方法很多，例如：溶液法、双源共蒸发法、连续沉积法以及蒸汽辅助溶液法等。但是，这些方法制作工艺较复杂，可控因素多，所制作器件的重复性较差，并且都需要退火步骤。如溶液法是先将钙钛矿前驱液旋涂在衬底上，然后进一步将钙钛矿薄膜在高纯n2气氛的手套箱中100℃退火10分钟，使钙钛矿薄膜进一步结晶并长大。然而在手套箱n2气氛中退火，增加了制作成本。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决上述溶液法中需将钙钛矿ch3nh3pbi3薄膜在手套箱n2气氛中退火的问题，提供一种不需要退火，直接在空气中使钙钛矿ch3nh3pbi3前驱液快速结晶制备钙钛矿ch3nh3pbi3薄膜的方法。

解决上述技术问题所采用的技术方案是：将钙钛矿ch3nh3pbi3前驱液滴于清洗干净的fto导电玻璃上，并用刮涂仪进行常温刮涂；刮涂结束后，将电极置于fto导电玻璃两端的钙钛矿ch3nh3pbi3前驱液上，使用恒流电源给钙钛矿ch3nh3pbi3前驱液通电，电源电压为10～20v、电流大小为3～9ma，通电时间为30～60秒得到钙钛矿ch3nh3pbi3薄膜。

上述方法中，优选电源电压为10～20v、电流大小为5～7ma，通电时间为30～60秒。

上述的钙钛矿ch3nh3pbi3前驱液是将ch3nh3i与pbi2按摩尔比为1:1加入二甲基甲酰胺中，得到的1.0～1.5mol/l的ch3nh3pbi3溶液。

本发明在钙钛矿ch3nh3pbi3前驱液常温刮涂结束后，将电极置于衬底两端的钙钛矿ch3nh3pbi3前驱液上，使用恒流电源给钙钛矿ch3nh3pbi3前驱液通电，使钙钛矿ch3nh3pbi3前驱液在电流的作用下结晶，即可得到钙钛矿ch3nh3pbi3薄膜。本发明操作简单，刮涂过程不需要加热，只需施加电流即可使钙钛矿ch3nh3pbi3前驱液快速结晶，刮涂后也不需要退火，降低了制作成本。

附图说明

图1是电流作用制备钙钛矿ch3nh3pbi3薄膜的装置结构示意图，图中1为玻璃衬底、2为fto导电层、3为钙钛矿ch3nh3pbi3前驱液、4为电极、5为电流表、6为恒流电源。

图2是恒流电源电压为14v、电流大小为3.94ma时制备的钙钛矿ch3nh3pbi3薄膜的xrd衍射图。

图3是恒流电源电压为14v、电流大小为4.96ma时制备的钙钛矿ch3nh3pbi3薄膜的xrd衍射图。

图4是恒流电源电压为14v、电流大小为5.92ma时制备的钙钛矿ch3nh3pbi3薄膜的xrd衍射图。

图5是恒流电源电压为14v、电流大小为6.95ma时制备的钙钛矿ch3nh3pbi3薄膜的xrd衍射图。

图6是恒流电源电压为14v、电流大小为7.93ma时制备的钙钛矿ch3nh3pbi3薄膜的xrd衍射图。

图7是钙钛矿ch3nh3pbi3晶面(110)、(220)和(310)衍射峰的平均强度。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，但本发明的保护范围不仅限于这些实施例。

实施例1

将尺寸为2.5cm×2.5cm的fto导电玻璃用无水乙醇擦拭后，依次用无水乙醇、丙酮、异丙醇、无水乙醇各超声清洗30mins，去除表面有机物残留。将0.3816g(0.0024mol)ch3nh3i与1.1064g(0.0024mol)pbi2加入2ml二甲基甲酰胺中，搅拌至溶液澄清，得到1.2mol/l的ch3nh3pbi3溶液，即钙钛矿ch3nh3pbi3前驱液。如图1所示，用移液枪取钙钛矿ch3nh3pbi3前驱液40μl，滴于上述清洗后的fto导电玻璃上并用刮涂仪进行常温刮涂，设置刮涂速度为1000mm/min。刮涂结束后，将电极置于fto导电玻璃两端的钙钛矿ch3nh3pbi3前驱液上，使用恒流电源给钙钛矿ch3nh3pbi3前驱液通电，电源电压为14v、电流大小为3.94ma，通电时间为40秒，得到钙钛矿ch3nh3pbi3薄膜。如图2所示，在角度为14°、28°和32°处出现了钙钛矿ch3nh3pbi3晶面(110)、(220)和(310)的衍射峰，其相对强度分别为80、140、50。

实施例2

本实施例中，电源电压为14v、电流大小为4.96ma，其他条件与实施例1相同，得到钙钛矿ch3nh3pbi3薄膜。如图3所示，在角度为14°、28°和32°处出现了钙钛矿ch3nh3pbi3晶面(110)、(220)和(310)的衍射峰，其相对强度分别为130、150、90。

实施例3

本实施例中，电源电压为14v、电流大小为5.92ma，其他条件与实施例1相同，得到钙钛矿ch3nh3pbi3薄膜。如图4所示，在角度为14°，28°和32°时出现了钙钛矿ch3nh3pbi3晶面(110)、(220)和(310)的衍射峰，其相对强度分别为140、150、70。

实施例4

本实施例中，电源电压为14v、电流大小为6.95ma，其他条件与实施例1相同，得到钙钛矿ch3nh3pbi3薄膜。如图5所示，在角度为14°、28°和32°时出现了钙钛矿ch3nh3pbi3晶面(110)、(220)和(310)的衍射峰，其相对强度分别为250、225、60。

实施例5

本实施例中，电源电压为14v、电流大小为7.93ma，其他条件与实施例1相同，得到钙钛矿ch3nh3pbi3薄膜。如图6所示，在角度为14°、28°和32°时出现了钙钛矿ch3nh3pbi3晶面(110)、(220)和(310)的衍射峰，其相对强度分别为160、150、70。

由上述图2～6的xrd表征结果说明，钙钛矿ch3nh3pbi3前驱液在电流作用下可以快速结晶，形成钙钛矿ch3nh3pbi3薄膜。由图7可见，电流小于3ma时钙钛矿活性层ch3nh3pbi3基本不结晶，电流大小为3ma～7ma时，随着电流的增大钙钛矿ch3nh3pbi3薄膜的结晶性变好，而电流为7ma～9ma时由于电流过大，钙钛矿的结晶又会变差。因此本发明通过横向电流法可以控制钙钛矿薄膜的结晶性。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种用横向电流制备钙钛矿CH3NH3PbI3薄膜的方法，该方法在钙钛矿CH3NH3PbI3前驱液常温刮涂结束后，将电极置于衬底两端的钙钛矿CH3NH3PbI3前驱液上，使用恒流电源给钙钛矿CH3NH3PbI3前驱液通电，使钙钛矿CH3NH3PbI3前驱液在电流的作用下结晶，即可得到钙钛矿CH3NH3PbI3薄膜。本发明操作简单，刮涂过程不需要加热，只需施加电流即可使钙钛矿CH3NH3PbI3前驱液快速结晶，刮涂后也不需要退火，降低了制作成本。

技术研发人员：高斐;雷婕;王昊旭;姜杰轩;李娟;胡西红
受保护的技术使用者：陕西师范大学
技术研发日：2017.05.11
技术公布日：2017.09.01