[发明专利]一种基于油墨打印工艺的无铅钙钛矿晶体薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及有机光电子技术材料领域，具体是一种基于油墨打印工艺的无铅钙钛矿晶体薄膜的制备方法。

背景技术

钙钛矿材料作为半导体器件如太阳能电池、发光二极管、激光器、光探测器等的有缘层表现出了优异的性质，但是目前性能优异的钙钛矿材料面临一个普遍存在的问题——都含有铅元素，如果大规模应用的话对环境造成的污染将不可估计，因此探索不含铅元素的钙钛矿材料具有很强的现实意义。

近年来在钙钛矿太阳能电池领域，有人尝试使用锡或者铋等金属阳离子替代铅离子在钙钛矿中的位置，但是表现出来的光伏特性并不优异，制备的光伏器件转换效率普遍在7％以下，而且在室温下的空气中并不稳定。

有理论计算表明使用两种金属阳离子同时替代铅离子在钙钛矿中的位置能够在保证稳定性的情况下使这种新型钙钛矿材料的禁带宽度保持在0.8～1.6eV之间。

然而诸多的实验表明严格按照这类二元钙钛矿分子式所需要的原料配比得到的晶体并不能得到符合预期的钙钛矿晶体。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中的不足，提供一种无毒、可溶、稳定、半导体性能优异的钙钛矿晶体薄膜材料，并期望其在半导体器件中表现出优异的性能。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种基于油墨打印工艺的无铅钙钛矿晶体薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)预处理

将玻璃基片进行清洗后，再进行除残处理；

2)原料过量的钙钛矿前驱液的制备

在溶剂内加入相应原料，搅拌后得到分子通式为A₃B_mC_nX_(3+3m+3n)或A₂B_mC_nX_(2+3m+n)的钙钛矿前驱液，其中m和n都在1～10之间；

具体的：对于目标钙钛矿分子通式为A₃B_mC_nX_(3+3m+3n)的钙钛矿，溶液中A:B:C:X＝3:m:n:(3+3m+3n),其中1<m和n<10；

对于目标钙钛矿分子通式为A₂B_mC_nX_(2+3m+n)的钙钛矿，溶液中A:B:C:X＝2:m:n:(2+3m+n),其中1<m和n<10。

所述原料中：A为(CH₃NH₃)⁺或Cs⁺；B和C为Bi³⁺、In³⁺、Cu⁺、Ag⁺中任意两种不同的离子；X为卤素离子；

所述A使用的原料为卤化铯或甲基卤化铵；

所述B由原料卤化铋(BiX₃)、卤化铟(InX₃)、卤化银(AgX)或卤化亚铜(CuX)中任意一种提供；

所述C金属卤化物选自卤化铋(BiX₃)、卤化铟(InX₃)、卤化银(AgX)或卤化亚铜(CuX)中的任一与B不同的一种。

所述溶剂包括二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亚砜(DMSO)、乙酸乙酯或γ-丁内酯(GBL)极性有机溶剂中的一种或几种；

所述钙钛矿前驱液浓度为0.2mol/L～4.0mol/L；

3)分散液的甩膜

将步骤2)中得到的样品分散液和经过清洗除残处理后的玻璃基片，通过匀胶机处理，得到均匀覆盖样品分散液的玻璃基片；

所述步骤3)中匀胶机旋转速度为1000～8000rpm，旋转时间为20s～3min；

4)热处理

将步骤3)中制作好的玻璃基片，通过恒温加热处理后，自然冷却至室温，得到钙钛矿薄膜；

所述步骤4)中的恒温加热的温度范围为70～180℃，加热时间为3～120min。

进一步，所述步骤1)中的玻璃基片的清洗除残处理过程为：将清洗干净的玻璃基片用高纯氮气吹干后，置于紫外臭氧处理仪中，处理15～60min后取出。

进一步，所述步骤2)中配置钙钛矿前驱液的搅拌时间为5min～48h。

进一步，所述步骤4)中得到的钙钛矿薄膜的厚度为80nm～500nm。