[发明专利]一种丝网印刷制备钙钛矿薄膜的方法

说明书

本发明涉及一种丝网印刷制备钙钛矿薄膜的方法，为了降低钙钛矿薄膜的生产成本，优化钙钛矿薄膜的制备工艺，简便且精确的控制钙钛矿的成膜过程，实现无毒化生产，拟采用高粘度的、环境友好的质子型离子液体来制备钙钛矿印刷介质，用来丝网印刷钙钛矿薄膜。通过选用不同目数的网板或调节钙钛矿介质的固含量可准确调节丝网印刷钙钛矿薄膜的膜厚，同时该方法也克服了传统印刷法制备的钙钛矿薄膜晶粒尺寸小、分布不均匀，薄膜粗糙度较高、覆盖率较低、制备过程繁琐，仪器昂贵和较高的维护费用等实际问题，是一种与产业化匹配度高的钙钛矿薄膜制备方法。

技术领域

本发明属于制备钙钛矿薄膜的方法，涉及一种丝网印刷制备钙钛矿薄膜的方法。

背景技术

大面积钙钛矿薄膜制备方法目前主要集中在刮涂法、喷墨打印法、狭缝式印刷法等方法，这些钙钛薄膜的制备方法在实验室阶段都取得了较好的成果，但是传统的大面积钙钛矿薄膜制备方法与钙钛矿器件产业化要求匹配度不高，这主要表现在以下几个方面，一是传统的钙钛矿薄膜制备方法均需要使用大量的有机溶剂作为溶剂，如N-甲基吡咯烷酮(NMP),二甲基甲酰胺(DMF)，γ-丁内酯(GBL)，二甲基亚砜(DMSO)等，这些有机试剂会污染环境、伤害人体健康。二是大多数制备钙钛矿薄膜的过程极为复杂，需要进行各种后处理过程，为得到形貌平整、致密的钙钛矿薄膜过程增加了繁琐的工艺。三是钙钛矿溶液的利用率低，大多数的钙钛矿前驱体在制备的过程中被浪费，如在旋涂过程中过量的钙钛矿前驱体被甩出；渗透过程中有大量的钙钛矿前驱体渗透在碳电极内；刮涂制备钙钛矿薄膜的过程需要繁琐的制膜设备以及后续高昂的维护费用。因此为了实现钙钛矿薄膜环境友好的制备，简化制备工艺，降低钙钛矿薄膜的制备成本，提高薄膜的平整度，增大晶粒尺寸，开发一种新型的钙钛矿薄膜制备方法的引起了广泛关注与研究。

钙钛矿薄膜的制备技术发展多样，为了简化钙钛矿薄膜的制备流程，将钙钛矿溶液一步法转移基底上，退火后得到钙钛矿薄膜。制备钙钛矿薄膜应用比较多的是刮涂法、喷墨打印法、狭缝式印刷等众多方法。

刮涂法：将位于刮刀和基底狭缝处的钙钛矿前驱体溶液在刮刀的作用下拖动成膜，然后退火结晶的一种方法。这种方法的钙钛矿原料利用率较高，设备要求适中，可用来制备较大面积的钙钛矿电池。

喷墨打印法：利用喷墨打印机喷嘴腔体内压力的变化将钙钛矿溶液按照设定的参数均匀覆盖在基底上，喷头和基底按照程序设定的路线运动，最后退火得到钙钛矿薄膜。这是一种计算机控制的原位生长制备钙钛矿薄膜的方法。

狭缝式印刷：作为一种非接触式的钙钛矿薄膜制备方法，狭缝式涂布适合大面积制备。钙钛矿溶液在涂布过程中从喷头被挤压出模具，填补了基底与模具之间的空隙，退火后得到致密的钙钛矿层。这种方法有可以利用到辊对辊加工的柔性钙钛矿太阳能电池器件中。

刮涂法制备的器件的能量转化效率与旋涂法还有较大的差距，薄膜平整度一般，厚度均一性较差导致器件的重复性较差；喷墨打印法制备薄膜的耗时较长，器件效率比起其它印刷方法还很低，设备昂贵且工序复杂；狭缝式涂布依赖于涂布机的精度，对出墨速率以及油墨本身的物化性质有较高要求，在制备大面积钙钛矿器件时耗时长，效率也较低。

钙钛矿的成膜过程非常复杂，不同的制备方法往往会影响对钙钛矿薄膜的表面形貌、微观结构和生长机理。传统的一步法制备的钙钛矿薄膜与商业化应用目标不符。

参考文献：

(1)Han,H.,A hole-conductor-free,fully printable mesoscopic perovskitesolar cell with high stability.Science 2014,345(6194),295-8