[发明专利]一种准单晶钙钛矿薄膜的制备方法

说明书

本发明公开一种准单晶钙钛矿薄膜的制备方法，包括：步骤1，在基体表面制备得到晶粒尺寸小于或等于300nm的小晶粒钙钛矿ABX3薄膜；步骤2，将含有步骤1制备的小晶粒钙钛矿ABX3薄膜的基体转移到含有AX的饱和气氛的密闭装置中，加热到50‑400℃的温度保温5‑90min；这段保温时间内钙钛矿晶粒在扩散作用下发生快速长大，制备得到准单晶钙钛矿薄膜。本发明将制备的小晶粒钙钛矿薄膜放置在含有AX饱和蒸气压的密闭环境中，使得钙钛矿薄膜在AX的饱和蒸汽中，再溶解结晶成准单晶钙钛矿薄膜，大大减少了缺陷，降低了缺陷密度。而且避免了在制备准晶钙钛矿过程中由于从钙钛矿中逸出的有机阳离子或卤化物阴离子造成的表面和晶界缺陷。

技术领域

本发明属于薄膜制备技术领域，特别涉及一种准单晶钙钛矿薄膜的方法。

背景技术

伴随着能源枯竭以及环境污染问题越来越严重，太阳能电池等清洁能源的利用是历史发展的趋势，也是目前研究的热点。近年来，有机-无机混合型钙钛矿薄膜由于其优异的载流子输运性能、合适且可调节的禁带宽度、高的吸收系数等优异的性能获得了人们的广泛关注。该材料做光吸收层制备的太阳能电池由于其可溶液制备使得成本低廉。而且该类电池效率在2009年首次被发现获得3.9％的效率，之后获得了快速的发展如今已经达到了20％的效率。

但是为了得到稳定性重复性好的高性能钙钛矿太阳能电池，人们对钙钛矿薄膜生长的一系列影响因素(例如结晶行为、沉积方法、反应成分)展开了广泛的研究。大量研究表明，大晶粒的钙钛矿膜由于优选取向，电阻小，晶界最小和缺陷少的优点，表现出了长电荷载流子扩散长度，高迁移率和光致发光量子效率的性能。目前许多课题组尝试了各种方法以获得大晶钙钛矿薄膜，来提高钙钛矿的尺寸。首先，添加剂辅助方法：引入添加剂(如硫代氨基脲，硫氰酸甲胺，氯化甲胺，水等)。相关研究表明这些添加剂可以在后退火处理过程中从钙钛矿本体中逸出，因此可以激活晶界并促进晶体生长，从而产生具有优选取向的微米级钙钛矿晶粒。二，在溶剂的蒸汽下(例如DMF，DMSO，GBL，H₂O等)对前体膜进行退火。退火时，钙钛矿晶体缓慢的再溶解和快速再结晶来制造大钙钛矿晶粒的方法。三，蒸气/气体处理方法：在空气中采用甲胺碘(MAI)蒸气或甲胺(MA)气体下处理/退火钙钛矿膜。其他方法如高温旋涂法和高温退火是也可以制备微米级晶粒钙钛矿薄膜。

然而，大多数上述方法在长时间热退火下，会引发从钙钛矿晶格中逸出的有机阳离子或卤化物阴离子的损失，引起点缺陷，如欠配位的铅离子或卤化物空位；进而在晶界处形成影响钙钛矿进一步生长的副产物，所制备薄膜晶粒尺寸较小，难以实现准单晶钙钛矿薄膜的制备。

发明内容

本发明的目的在于提供一种准单晶钙钛矿薄膜的制备方法，通过热压法制备准单晶钙钛矿薄膜，以解决目前制备工艺在制备准晶钙钛矿过程中由于从钙钛矿中逸出的有机阳离子或卤化物阴离子造成的表面和晶界缺陷的技术问题；本发明方法具有简操作单易，便于大面积生产的优点。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种准单晶钙钛矿薄膜的制备方法，包含以下步骤：

步骤1，在基体表面制备得到晶粒尺寸小于或等于300nm的小晶粒钙钛矿ABX3薄膜；

步骤2，将含有步骤1制备的小晶粒钙钛矿ABX3薄膜的基体转移到含有AX的饱和气氛的密闭装置中，加热到50-400℃的温度保温5-90min，制备得到准单晶钙钛矿薄膜。

进一步的，步骤2中，50-400℃的温度下AX的饱和蒸汽支持钙钛矿膜维持稳定的钙钛矿而不会分解为晶界难以移动的物质，这段保温时间内钙钛矿晶粒在扩散作用下发生快速长大，制备得到准单晶钙钛矿薄膜。

进一步的，所制备的准单晶钙钛矿薄膜中晶粒横向尺寸超过薄膜厚度的5倍。

进一步的，步骤1中制备小晶粒钙钛矿ABX3薄膜的方法为：一步溶液旋涂法、两部溶液浸渍法或双源气相沉积法；