[发明专利]一种制备CH3NH3PbI3钙钛矿薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备CH₃NH₃PbI₃钙钛矿薄膜的方法，属于稳定的钙钛矿前驱体浆料以及丝网印刷技术领域。

背景技术

钙钛矿CH₃NH₃PbX₃(X＝Cl,Br,I)具有近似完美的晶体结构、能级可调、极高的光吸收系数和载粒子迁移率等优点，在太阳能电池、发光二极管、光电探测等领域展示出优异的性能。钙钛矿CH3NH₃PbX₃(X＝Cl,Br,I)材料是近年来的一个热点。但目前制备钙钛矿薄膜主要是用到旋涂法或者蒸镀法。旋涂法只适合制备小面积的钙钛矿薄膜，无法进行大规模化和大面积的生产，是制约钙钛矿器件发展的一个障碍。蒸镀法似乎适合大面积制备钙钛矿薄膜，但蒸镀法的成本高，需要高的真空和大型的设备。如何低成本的实现钙钛矿薄膜的制备，一直是一个重要的技术和科学问题。

丝网印刷制备薄膜材料具有用量节省、工艺简单，便于大规模生产等优点。无论在工业制备，还是在科学技术研究中，丝网印刷都是制备薄膜材料的一种有效方法。采用丝网印刷在空气环境中制备钙钛矿薄膜一种是一个期待。目前主要缺乏在室温空气环境中稳定的钙钛矿前驱体浆料。

因此，实现丝网印刷大规模制备钙钛矿薄膜，对开发大面积钙钛矿器件，推动钙钛矿器件，尤其是钙钛矿太阳能电池的商业化，意义重大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：制备含铅元素的纳米颗粒稳定存在的浆料，提供一种满足应用丝网印刷钙钛矿薄膜的设计及其制造方法。

本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：

(1)在溶液中，以铅盐(如Pb(NO₃)₂)为原料，加入还原剂，随后加入氧化剂，生成含铅纳米结构颗粒；制备含铅的纳米结构，如纳米颗粒等。还原剂与Pb的摩尔比为1～5：1，氧化剂的比例为1～5：1。

(2)将上述纳米颗粒与一定量的粘稠剂(如乙基纤维素)和溶剂(如松油醇和乙醇等)混合，搅拌均匀，研磨，配制成浆料，与铅的所占质量比1～6：10。

(3)将上述浆料丝网印刷在基底上(如FTO导电透明玻璃)。退火形成氧化铅薄膜，其中退火温度设定在300～450度之间；

(4)氧化铅薄膜薄膜沉浸在甲氨碘的异丙醇溶液中，生成黑色的钙钛矿薄膜，其中甲氨碘的浓度为1～10mM。

有益效果

与现有技术相比具有以下主要的优点：制作工艺简单、成本低和适合大规模应用。

附图说明

图1.氧化铅薄膜的XRD图片。

图2.(a，b)氧化铅薄膜的SEM图片(c，d)氧化铅的TEM图片，(e)氧化铅的高分辨TEM图片，插图为对于的选区电子衍射图片。

图3.不同甲胺碘浓度下(1.5，3.0，6.0mM)生成钙钛矿的XRD图片。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

一种大面积规模化钙钛矿薄膜的制备方法，主要涉及稳定的钙钛矿前驱体浆料、丝网印刷技术和氧化铅与甲胺碘直接反应生产钙钛矿。

其具体步骤包括：

(1)在Pb(NO₃)₂溶液中，逐渐加入NaBH₄溶液还原出铅的纳米颗粒，随后加入氧化剂NaClO进一步生成含铅的纳米颗粒。

(2)将上述纳米颗粒与一定量的乙基纤维素和松油醇和乙醇等混合，质量比大概是1：(0.1～0.6)：(3～10)：(1～10)搅拌均匀，再研磨，配制成浆料。