一种快速低成本制备商用钙钛矿薄膜的方法与流程

本发明涉及钙钛矿太阳电池领域，尤其涉及一种快速低成本制备商用钙钛矿薄膜的方法。

背景技术：

在现代太阳电池研究中，钙钛矿太阳电池(psc)是一个独特的类别，被视为新兴光伏发电材料。钙钛矿太阳电池中的关键层—有机金属卤化物钙钛矿光吸收层使其具有较高的能量转换效率和较低的材料成本。近年来，人们对有机铅卤化钙钛矿太阳电池的兴趣日益浓厚，研究日趋深入，使其功率转换效率(pce)提高到了25％以上。甲基铵碘化铅mapbi3(ma＝ch3nh3⁺)是一种很有前途的光伏材料，具有良好的带隙、高吸收系数、长空穴—电子扩散长度和优良的载流子输运性能。制备mapbi3钙钛矿薄膜的方法有很多，如一步或两步旋涂、热蒸发、电化学沉积等。旋涂法仅适用于在平面基材上的小面积沉积，这将限制psc的商业化。热蒸发法需要高真空和高温，这限制了成本效益和大规模生产。而对于电化学沉积法，将金属铅层以电化学方式转化为mapbi3钙钛矿薄膜需要很长时间。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种通过低成本的制造工艺，为高效的psc可控地快速地制备大规模、高质量的钙钛矿薄膜。

技术实现要素：

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何低成本、可控地、快速地制备钙钛矿薄膜，并且可以应用在柔性、大尺寸、粗糙的衬底上。

为实现上述目的，本发明提供了一种快速低成本制备商用钙钛矿薄膜的方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1、fto玻璃清洗；

步骤2、在清洗干净的所述fto玻璃表面制备金属铅层；

步骤3、将含有所述金属铅层的所述fto玻璃浸入甲基碘化铵/异丙醇溶液中制备所述钙钛矿薄膜。

进一步地，所述步骤1还包括：

步骤1.1、首先将所述fto玻璃放置于超声清洗机中，依次用去离子水、丙酮、异丙醇、乙醇各清洗15分钟；

步骤1.2、然后将所述fto玻璃置于紫外线下照射以去除有机污染，提高亲水性。

进一步地，所述步骤2还包括：

步骤2.1、将每37.5克的碘化钠(nai，99.99％)和每15ml亚甲基乙二醇叔丁基醚(etb，99％)溶解于150ml异丙醇(2-propanol，99.9％)中，搅拌然后过滤取150ml澄清溶液；

步骤2.2、将每1.383克的碘化铅(pbi2，99.99％)加入150ml所述澄清溶液中搅拌至澄清；

步骤2.3、在电化学工作站中用恒电流法在所述fto玻璃上沉积所述金属铅层；

步骤2.4、将制得的带有所述金属铅层的所述fto玻璃取出，用异丙醇(2-propanol，99.9％)冲洗并烘干。

进一步地，所述步骤2.1中搅拌温度为45℃，搅拌时间为3小时。

进一步地，所述步骤2.3中所述恒电流法使用的电流为-3ma(相对开路)，通电时间为300s。

进一步地，所述步骤3还包括：

步骤3.1、按每1克甲基碘化铵(mai，99.9％)对应100ml异丙醇(2-propanol，99.9％)配比，并在室温下搅拌至澄清制备所述甲基碘化铵/异丙醇溶液；

步骤3.2、将带有所述金属铅层的所述fto玻璃浸泡在所述甲基碘化铵/异丙醇溶液中，制得所述钙钛矿薄膜。

进一步地，所述步骤3.2中所述fto玻璃浸泡在所述甲基碘化铵/异丙醇溶液中的时间是1分钟。

本发明还提供了一种方法，将柔性金属铅箔浸入甲基碘化铵/异丙醇溶液中，使所述柔性金属铅箔迅速地转化为所述钙钛矿薄膜。

进一步地，所述甲基碘化铵/异丙醇溶液配比为每1克甲基碘化铵(mai，99.9％)对应100ml异丙醇(2-propanol，99.9％)，并在室温下搅拌至澄清。

进一步地，所述柔性金属铅箔在所述甲基碘化铵/异丙醇溶液中浸泡时间是1分钟。

相比于一步或两步旋涂法，本发明可以用于大面积、柔性、粗糙衬底；相比于热蒸发，本发明无需高真空和高温条件；相比于电化学沉积，本发明可以更快速的实现金属铅转化为mapbi3钙钛矿。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明的一个较佳实施例的流程图；

图2是本发明的一个较佳实施例的x射线衍射(xrd)图谱；

图3是本发明的一个较佳实施例的扫描电子显微镜(sem)图片；

图4是本发明的另一个较佳实施例的扫描电子显微镜(sem)图片。

具体实施方式

以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。

如图1所示，本发明的一个较佳实施例以浸泡法实现金属铅层直接快速直接转化为mapbi3钙钛矿薄膜：

步骤1、fto玻璃的清洗：

步骤1.1、将fto玻璃至于超声清洗机中，分别用去离子水、丙酮、异丙醇、乙醇清洗15分钟；

步骤1.2、最后置于紫外线下照射以去除有机污染，提高亲水性；

步骤2、在fto玻璃表面制备金属铅层：

步骤2.1、碘化钠溶液的配置：将33.75克碘化钠(nai，aladdin试剂，99.99％)和15毫升亚甲基乙二醇叔丁基醚(etb，aladdin试剂，99％)溶解于150毫升异丙醇(2-propanol，国药试剂，99.9％)中，在45℃下搅拌3小时然后过滤取150毫升澄清溶液；

步骤2.2、碘化铅溶液的配置：将1.383克碘化铅(pbi2，sigma-aldrich，99.99％)加入上述150毫升澄清溶液中搅拌至澄清；

步骤2.3、金属铅层的制备：将fto玻璃至于盛有上述澄清溶液的电化学工作站中，用恒电流法在fto玻璃上沉积金属铅层，使用的电流为-3ma(相对开路)，通电时间为300s；

步骤2.4、将制得的带有金属铅层的fto玻璃取出用异丙醇(2-propanol，国药试剂，99.9％)冲洗并烘干；

步骤3、将含有金属铅层的fto玻璃浸入甲基碘化铵/异丙醇溶液中制备钙钛矿薄膜：

步骤3.1、甲基碘化铵溶液的配置：将1克甲基碘化铵(mai，西安宝莱特，99.9％)溶解于100毫升异丙醇(2-propanol，国药试剂，99.9％)中，在室温下搅拌至澄清。

步骤3.2、将前面制得的带有金属铅层的fto玻璃立即浸入上述甲基碘化铵/异丙醇溶液中浸泡1分钟。金属铅层迅速地转化为mapbi3钙钛矿薄膜。

如图2所示，本发明的一个较佳实施例中得到的mapbi3钙钛矿薄膜的xrd图谱，星号对应于钙钛矿薄膜的峰位。如图3所示，本发明的一个较佳实施例中得到的mapbi3钙钛矿薄膜的扫描电子显微镜(sem)图片。结果表明，将制得的金属铅层浸泡在甲基碘化铵/异丙醇溶液中可以得到mapbi3钙钛矿薄膜。这说明这一方法是可行的。

如图4所示，本发明的另一个较佳实施例中得到的mapbi3钙钛矿薄膜的扫描电子显微镜(sem)图片。本实施例中将金属铅箔浸入甲基碘化铵/异丙醇溶液1分钟即可得到钙钛矿薄膜。也说明这一方法的可行性。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。