[发明专利]一种通过盖膜水解法制备薄膜材料的工艺

说明书

技术领域

本发明涉及薄膜材料技术领域，具体涉及一种通过盖膜水解法制备薄膜材料的工艺。

背景技术

近几年来，随着薄膜科学技术与薄膜物理学的发展，薄膜材料作为半导体材料、介电材料、电极材料、催化剂等在电极改性、有机废水处理、太阳能电池、化学检测等方面的应用日益广泛。

面对薄膜表面功能的不断完善，各种新的成膜技术不断涌现，特别是现代材料表面功能薄膜制备新技术、新方法的开发，与以往的制膜方法相比有了新的特点，方法也向着多元化的方向发展。总体来说，目前的薄膜制备技术大致可分为物理法和化学法两种。物理法包括溅射法、蒸发法等；化学法包括化学气相沉积法、湿化学法、原子层沉积法等。相对而言物理法制备无机薄膜所需能量较多，设备较昂贵，而大多数化学法则相反，所需能量较少，但是过程比较难控制。主要包括溶胶-凝胶法、喷雾热解法、旋涂法，水热法、水解-沉淀法、液相电沉积法的湿化学法，一定程度上克服了上述缺点，普遍具有工艺简单、能在复杂衬底上沉积薄膜和薄膜化学成分易于控制等优点，已成为薄膜制备的主要方法之一。但是，在目前的湿化学法制备薄膜工艺中，大多数存在工艺流程复杂、需添加过多的辅助试剂、难以制备高平整度的大面积薄膜等问题。可见，如何用尽量简单、廉价的工艺，制备大面积高性能的薄膜材料仍是一个难题。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供通过盖膜水解法制备薄膜材料的工艺。

本发明的又一目的是提供上述工艺在制备钙钛矿太阳能电池二氧化钛致密层工艺中的应用。

为达到上述目的，本发明提供了一种通过盖膜水解法制备薄膜材料的工艺，该工艺是使基底上的待水解溶液在盖膜环境下进行加热水解，进而获得附着于基底的薄膜材料；所述盖膜环境为一种以基底为底层，被拖膜为顶层，二者之间夹有待水解溶液膜层的夹层结构。

在本发明提供的通过盖膜水解法制备薄膜材料的工艺中，最重要的是为待水解溶液提供一个特殊的半封闭水解环境-盖膜环境，该环境既能将待水解溶液封存在夹层结构中，避免溶剂的过分挥发，为水解提供充足的时间；又能使少量的溶剂通过被拖膜的两个侧面逐渐地进行挥发。在这种环境下，相当于减缓了待水解溶液在水解过程中浓度下降的程度(经合理调控，可使水解维持在较佳的水解浓度，相当于起到间接提高水解浓度的效果)，因此能够形成更多的成核位点，结晶出晶粒较小的水解产物，进而获得致密性好的薄膜材料。其次，盖膜环境为获得平整度高的大面积薄膜提供了便利条件：基底与被拖膜形成的夹层结构，保证了薄膜的平整性；由于薄膜平整性容易控制，因此，也为制备大面积薄膜材料提供了一个崭新的途径。再次，由于盖膜提供的特殊水解环境，可以少用甚至不用促水解剂，即可获得较好的水解成膜效果，因此，一定程度上减少了杂质的引入，进一步保证了薄膜材料的性能。另外，本发明提供的工艺还具有可以通过调节待水解溶液的浓度、水解温度或水解时间，方便的调节薄膜厚度的优点。

在本发明提供的通过盖膜水解法制备薄膜材料的工艺中，所述薄膜材料可以以附着于基底的形式存在和使用，也可以采用一定方法从基底材料上剥离后单独使用。

在上述通过盖膜水解法制备薄膜材料的工艺中，优选地，所述薄膜材料为无机薄膜材料。在本发明提供的优选实施方式中，该工艺可以用于二氧化钛薄膜、氧化锌薄膜、二氧化锡薄膜或三氧化钨薄膜的制备。在制备所述无机薄膜材料时的待水解溶液可以选自相应金属的有机盐溶液或无机盐溶液。在本发明提供的优选实施方式中，制备所述二氧化钛薄膜时，所用的待水解溶液可以为四氯化钛水溶液；制备所述氧化锌薄膜时，所用的待水解溶液可以为硝酸锌水溶液；制备所述二氧化锡薄膜时，所用的待水解溶液可以为氯化锡水溶液；制备所述三氧化钨薄膜时，所用的待水解溶液可以为钨酸钠水溶液。

在上述通过盖膜水解法制备薄膜材料的工艺中，所述待水解溶液中还可以添加有提高膜性能的辅助试剂，例如氢氧化钠、表面活性剂或尿素等。由于本工艺简单易操作，基本不浪费药剂，因此对于某些价格昂贵的辅助试剂特别适用。而且，由于可减少甚至不用促水解药剂，使得辅助试剂的效用能得到更大程度的发挥，相当于间接减少了辅助试剂的用量。因此，该工艺与现有的常规工艺相比，具有突出的经济性。

在上述通过盖膜水解法制备薄膜材料的工艺中，优选地，该工艺还包括在所述加热水解步骤结束后，先制备薄膜材料的前驱膜层，然后对所述前驱膜层进行后续处理，从而获得薄膜材料的步骤。对于有些薄膜材料，可先制备前驱膜层，然后再由前驱膜层制备成品薄膜材料，例如，前驱膜层通过高温焙烧以获得目标晶相的薄膜材料。