[发明专利]一种溶剂浴辅助热处理改善钙钛矿薄膜质量的方法

说明书

本发明一种溶剂浴辅助热处理改善钙钛矿薄膜质量的方法，属于新材料技术领域；首先，采用旋涂法制备钙钛矿薄膜；然后，将钙钛矿薄膜浸没于极性溶剂和非极性溶剂的混合溶剂中，其中极性溶剂所占体积比0.1％‑10％；最后，将放入钙钛矿薄膜的混合溶剂加热到80‑200℃，保温时间为10‑120分钟；保温后待其自然冷却，将钙钛矿薄膜从混合溶剂中取出，再用非极性溶剂清洗，用惰性气体吹干，并放在加热台上将所述钙钛矿薄膜加热干燥，最后获得改善的钙钛矿薄膜。本发明还可以用于提高钙钛矿单晶或微晶的表面特性，降低表面缺陷和成分偏析，获得高质量的钙钛矿晶体表面。

技术领域

本发明属于新材料技术领域，具体涉及一种溶剂浴辅助热处理改善钙钛矿薄膜质量的方法。

背景技术

金属卤素钙钛矿材料是一种新型光电功能材料，其可在低温下利用溶液方法制备，并具备优异的光电性能，如光吸收系数高、缺陷少、载流子寿命长等，有望被应用于太阳能电池、光电传感器、辐射传感器、发光二极管、半导体激光器等诸多领域。

目前，用于制备光电器件的钙钛矿材料通常是用溶液法制备的多晶薄膜。制备钙钛矿薄膜的溶液制备方法通常有一步法和两步法。一步法利用溶剂挥发直接析出晶体制备钙钛矿薄膜，该方法制备的薄膜存在枝晶状组织和薄膜不致密等问题。两步法是先沉积卤化铅/卤化锡薄膜，再加入卤化胺/卤化铯溶液与之反应，形成钙钛矿薄膜，该方法制备的薄膜存在转化不充分，成分偏析等问题。此外，溶液法制备的钙钛矿薄膜都是多晶薄膜，薄膜中存在大量的晶界和晶格缺陷，以及卤化铅等杂质相，如J.J.Yoo,S.Wieghold,M.C.Sponseller,et al.An Interface Stabilized Perovskite Solar Cell with HighStabilized Efficiency and Low Voltage Loss[J].EnergyEnvironmental Science,2019,12(7):2192中所述。这些缺陷的存在阻碍了载流子的传输，加快载流子复合，极大制约了钙钛矿薄膜的光电性能，如E.Aydin,M.D.Bastiani,S.D.Wolf,et al.Defect andContact Passivation for Perovskite Solar Cells[J].Advanced Materials,2019,31(25):1900428中所述。因此，制备晶粒尺寸大、结晶性高、覆盖致密、成分均匀的钙钛矿多晶薄膜是提高其光电器件性能的关键，同时也是当前面临的一大技术挑战。

热处理是改善钙钛矿薄膜光电性能的有效手段。在Z.Xiao,Q.Dong,C.Bi,etal.Solvent Annealing of Perovskite-Induced Crystal Growth for Photovoltaic-Device Efficiency Enhancement[J].Advanced Materials,2014,26(37):6503中记载的利用DMF辅助熏蒸，获得了具有大尺寸晶粒的钙钛矿薄膜。在C.Liu,K.Wang,C.Yi,etal.Efficient Perovskite Hybrid Photovoltaics via Alcohol-Vapor AnnealingTreatment[J].Advanced Functional Materials,2015,26(1):101.中记载的利用醇类溶剂蒸汽辅助熏蒸，可以提高薄膜的结晶度和晶粒尺寸，并避免针孔的产生。在Q.Chen,H.Zhou,Z.Hong,et al.Planar Heterojunction Perovskite Solar Cells via Vapor-Assisted Solution Process[J].Journal of the American Chemical Society,2014,136,2,622–625中记载的密闭环境中利用碘化甲胺蒸汽对薄膜进行热处理，提高了晶粒尺寸，获得了紧凑且高质量的薄膜。目前，虽然已经有了极性溶剂、卤化铵盐等蒸汽辅助热处理改善钙钛矿薄膜质量的方法，但是这些方法都存在蒸汽浓度不易控制，蒸汽分布不均匀，过量蒸汽导致钙钛矿材料分解等问题，制约了这些热处理方法的推广和应用。

发明内容