[发明专利]一种钙钛矿膜的制备方法和应用

说明书

本发明属于钙钛矿光电材料与器件技术领域，特别涉及一种钙钛矿膜的制备方法和应用。所述钙钛矿膜的制备方法为：将铅源和胺盐分别溶于有机溶剂中，得到铅源前驱体溶液和胺盐前驱体溶液；将上述两种前驱体溶液分别旋涂于两个基底上，加热除去溶剂，得到均匀的膜；将两片膜对贴，中间用垫片隔开，并形成近距离空间，真空加热使胺盐升华与铅源反应，得到钙钛矿膜。该方法可用于制备钙钛矿太阳电池的钙钛矿膜和钙钛矿发光器件的钙钛矿膜。与传统的一步法和两步法相比，采用本方法制备的钙钛矿层具有更好的形貌，适合于制备大面积的光电器件，应用到器件中显著地提高了器件的性能和实验的批次重复性。

技术领域

本发明属于钙钛矿光电材料与器件技术领域，特别涉及一种钙钛矿膜的制备方法和应用。

背景技术

有机-无机杂化烷胺铅卤类型的钙钛矿材料因载流子迁移率高、可以溶液加工、成本低廉等优点，在光电器件中表现出优异的性能和广阔的应用前景。钙钛矿太阳电池自2009年首次报道以来，其光电转化效率不足4％，2013年效率突破了15％，到目前效率已超过21％。Science周刊将“钙钛矿太阳电池光电转换效率突破15％”评选为2013年世界十大科技突破之一。此外，钙钛矿优异的光电性能能够制备发光波长可调、纯度高、发射峰窄的电致发光器件，使其在未来的商业化应用上极具潜力。

在钙钛矿太阳电池和发光器件中，钙钛矿层的成膜质量对电池的性能有很大的影响。已经报道的钙钛矿层的制备方法主要分为溶液法和真空法。溶液法主要包括一步法和两步法。一步法是将铅源、卤化胺盐与溶剂混合制成前驱体溶液，然后经过一次旋涂和热处理得到钙钛矿膜。两步法是指分别沉积卤化铅和烷基卤化胺，通过铅源与胺盐两者相互反应得到钙钛矿膜。但目前不管是一步法还是两步法制备的钙钛矿膜只能在小面积保证膜的均匀性，在制备大面积膜时，其质量会显著下降，从而影响器件的性能。真空法主要是通过真空热蒸发的工艺得到卤化铅蒸汽与烷基卤化胺蒸汽，这两种蒸汽反应生产钙钛矿并沉积在基底上。这种方法由于需要高真空，不利于大面积生产和制造成本的降低。现有改进的真空蒸发法，就是将卤化铅先用溶液加工的方法沉积在基底上，然后将烷基卤化胺通过真空热蒸发变成蒸汽与卤化铅反应生成钙钛矿。这种改进的方法在制备工艺上与卤化铅和烷基卤化胺全用真空蒸发的相比，工艺上有所简化。对这种方法还有进一步改进，那就是将烷基卤化胺的真空蒸镀改成在卤化铅基底周围撒上烷基卤化胺粉末，在真空和加热的条件下让烷基卤化胺蒸汽与卤化铅反应生成钙钛矿。但是该方法不易控制反应的进程，很容易得到过多的烷基卤化胺，从而改变了钙钛矿薄膜的化学计量比，最终影响期间的性能。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提供了一种钙钛矿膜的制备方法(近空间升华法)，具体步骤如下：

将铅源和胺盐分别溶于有机溶剂中，得到铅源前驱体溶液和胺盐前驱体溶液；将上述两种前驱体溶液分别旋涂于两个基底上，加热除去溶剂，得到均匀的膜；将两片膜对贴，中间用垫片隔开，并形成近距离空间，真空加热使胺盐升华与铅源反应，得到钙钛矿膜。通过控制两种膜的厚度和反应时间得到不同厚度的钙钛矿膜。

进一步地，所述铅源为PbBr₂或PbI₂，所述胺盐为CH₃NH₃I或CH₃NH₃Br。

进一步地，所述PbBr₂的浓度为20～80mg/ml，所述PbI₂的浓度为300～400mg/ml，两者所用溶剂均为N,N-甲基甲酰胺；所述CH₃NH₃I的浓度为40～60mg/ml，所述CH₃NH₃Br的浓度为20～40mg/ml，两者所用溶剂均为异丙醇。