[发明专利]一种基于非溶剂的钙钛矿薄膜、制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种基于非溶剂的钙钛矿薄膜、制备方法及应用，属于半导体材料技术领域。包括以下步骤：将一定比例的粉体原料混合后，于200～300℃处理0.5～1.5h，获得反应后的混合粉末；在真空条件下，采用电子束蒸发法，将反应后的混合粉末沉积至预设的衬底上，获得钙钛矿薄膜；将获得的钙钛矿薄膜，于100～450℃，退火5～50min，即得高质量的钙钛矿薄膜。本发明提供的方法无需溶剂参与，过程简单、可控进行CsPbBrsubgt;3/subgt;薄膜的制备。

技术领域

本发明属于半导体材料技术领域，具体涉及一种基于非溶剂的钙钛矿薄膜、制备方法及应用。

背景技术

近年来，有机-无机杂化钙钛矿材料因其优异的性能，在太阳能电池、二极管、光电探测器、激光器和场效应管等领域具有巨大的应用潜力，而其在太阳能电池领域的应用自然成为众多科学家的研究内容。自2009年以来，它的转换效率在短短十几年里由3.8％就上升到了25.5％。尽管它的光电转换效率发展迅速，但其A位的有机成分易受湿、热、光的影响降解，导致其效率衰减，不稳定。而全无机钙钛矿不含有机组分，大大的提高了其热稳定性。尤其是CsPbBr₃，因其较大的容忍因子，具有优异的稳定性。电池的理论极限效率为16.37％，目前实验室最高效率为10.91％，开路电压可达1.7V。如此高的开路电压和优异的稳定性可以使它作为叠层电池的顶电池使用，特别是4端子叠层电池。因此CsPbBr₃钙钛矿的研究还是具有十分重要的意义。

目前制备钙钛矿薄膜的方法常为溶剂法，成本低，操作简便；但是其缺点也显而易见，比如成膜不均匀，溶剂有毒性，对环境有害等。在制备CsPbBr₃薄膜时，CsBr通常使用的有机溶剂，如二甲基亚砜(DMSO)和二甲基甲酰胺(DMF)等，中溶解度低，很难采用一步溶液法制备出致密、高质量的CsPbBr₃薄膜，而采用多步溶液法时又比较容易产生杂相。此外，当制备大面积器件时，溶液法难以形成均匀且致密的薄膜，表面形貌较差。而当采用多源真空蒸发法时，沉积参数不易控制，操作繁琐。

发明内容

本发明的目的在于针对上述方法所存在的缺点与不足，提供一种基于非溶剂制备钙钛矿薄膜的方法，该方法无需溶剂参与，过程简单、可控进行CsPbBr₃薄膜的制备。

本发明第一个目的是提供一种基于非溶剂制备钙钛矿薄膜的方法，包括以下步骤：

将一定比例的粉体原料混合后，于200～300℃处理0.5～1.5h，获得反应后的混合粉末；

在真空条件下，采用蒸发法，将反应后的混合粉末沉积至预设的衬底上，获得钙钛矿薄膜；

将获得的钙钛矿薄膜，于100～450℃，退火5～50min，即得退火后的钙钛矿薄膜。

优选的，所述原料为粉体的CsBr和PbBr₂。

更优选的，所述CsBr和PbBr₂摩尔比为1～2：1。

更优选的，所述钙钛矿薄膜为CsPbBr₃薄膜。

优选的，所述蒸发法采用电子束蒸发法。

更优选的，所述蒸发法采用电子束蒸发法，所述调节蒸发束流为1-10mA。

优选的，所述衬底在使用前是按照以下步骤处理：

将衬底泡入去离子水中，用棉签蘸取洗洁精擦拭衬底表面；接着依次将衬底于去离子水、丙酮、酒精、异丙醇中均超声8～12min，超声完成后，将衬底自然晾干，最后用紫外灯照射衬底8～12min。

更优选的，所述衬底为石英玻璃衬底或掺杂氟的SnO₂导电玻璃。

本发明第二个目的是提供一种钙钛矿薄膜。