技术领域
[0001] 本
发明属于
太阳能电池技术领域，涉及一种甲基氯化胺掺杂蒸发法制备高质量
钙钛矿层的方法。
背景技术
[0002] 钛矿太阳电池是一类新兴的光伏技术，其凭借高转换效率和低成本的优势，受到了全世界范围内的关注。钙钛矿太阳电池由基底、电荷传输层、钙钛矿层、
电极组成，而钙钛矿层质量的好坏直接影响着钙钛矿太阳电池
能量转换效率。蒸发法是钙钛矿层常用的制备方法之一，其具有膜制备平整，结构致密，重复性高、适合大面积制备等特点。以钙钛矿材料甲胺铅碘三(MAPbI3)为例，研究者们可利用双源蒸发法，即使用碘化铅(PbI2)和甲基碘化胺(MAI)两个蒸发源同时进行蒸发并发生反应的方式获得钙钛矿层，然而该方法需严格的调控二者的蒸发速度以达到减少
缺陷和充分反应的目的，因此具有成本高、不易控制的缺点。而使用单源蒸发法，即先蒸发碘化铅，再通过沉积甲基碘化胺发生后续反应生成钙钛矿的方法，由于蒸发法制备的碘化铅过于致密，导致甲基碘化胺不易进入碘化铅内部发生反应，会造成过多的碘化铅残留的问题，制备的钙钛矿
薄膜质量较差。
发明内容
[0003] 本发明的目的是针对上述问题，提供一种甲基氯化胺掺杂蒸发法制备高质量钙钛矿层的方法。
[0004] 为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：
[0005] 一种甲基氯化胺掺杂蒸发法制备高质量钙钛矿层的方法，包括以下步骤：
[0006] A、清洗得到干净衬底，
[0007] B、使用热蒸发仪将碘化铅和甲基氯化胺粉末共蒸发至衬底上，得到样品，[0008] C、将步骤B得到的样品放入异丙醇
溶剂中浸泡，
[0009] D、取出样品并放置加热台上加热蒸干，
[0010] E、使用热蒸发仪蒸发甲基碘化胺至样品上得到钙钛矿层；或将甲基碘化胺溶液滴加至样品上
旋涂加热得到钙钛矿层。
[0011] 进一步地，在步骤A中，使用去离子
水、丙
酮、
乙醇、去离子水和异丙醇依次清洗衬底。
[0012] 进一步地，在步骤A中，使用去离子水、丙酮、乙醇、去离子水和异丙醇依次超声清洗衬底，每次超声清洗5-15分钟。
[0013] 进一步地，在步骤B中，碘化铅和甲基氯化胺粉末的摩尔比为1：1，
真空度为1*10-3-1*10-4Pa，衬底加热
温度为70-120℃。
[0014] 进一步地，在步骤E中，甲基碘化胺和碘化铅的摩尔比为0.9:1.05，甲基碘化胺溶液浓度为5-20mg/mL。
[0015] 进一步地，在步骤B中，加热
电流为10-50A，蒸发速率为5-30克/平方厘米·秒，蒸发完成后，衬底上的膜厚为200-600nm。
[0016] 进一步地，在步骤C中，异丙醇溶剂的温度为25-26℃，浸泡时间为1-20分钟。
[0017] 进一步地，在步骤D中，加热温度为70-120℃，加热时间为5-60分钟。
[0018] 进一步地，在步骤E中，钙钛矿膜厚度为250-800nm。
[0019] 进一步地，在步骤E中，当使用热蒸发仪蒸发甲基碘化胺至样品上得到钙钛矿层时，蒸发过程真空度保持在1*10-3-1*10-4Pa，加热电流为5-30A，蒸发速率保持在1-20克/平方厘米·秒，衬底加热温度为70-120℃；
[0020] 当将甲基碘化胺溶液滴加至样品上旋涂加热得到钙钛矿层时，甲基碘化胺溶液是浓度为5-20mg/mL甲基碘化胺的异丙醇溶液，旋涂速率为1000-6000rpm，旋涂完毕放置加热台加热温度为70-120℃，加热时间为5-60分钟。
[0021] 与现有的技术相比，本发明的优点在于：
[0022] 1、本发明制备的薄膜质量高。碘化铅与甲基氯化胺不发生反应，使用蒸发法共同沉积获得薄膜后，再通过异丙醇选择性溶解的原理，去除薄膜中大量的甲基氯化胺，形成多孔碘化铅结构，使得甲基碘化胺易进入薄膜内部从而发生充分反应。而为被及时溶解的甲基氯化胺，在后续钙钛矿加热生长的过程中起到增大晶粒，减少缺陷的作用。
[0023] 2、制备过程中都是将各组分分开制备，无需实时监测，因此具有易控制、成本相对较低、重复性好的优点。
[0024] 3、本发明适合薄膜的大面积制备，具有广阔的商业化应用前景。
[0025] 本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
具体实施方式
[0027] 下面结合附图对本发明进行进一步说明。
[0029] 以FTO导电玻璃为衬底，分别使用去离子水，丙酮，乙醇，去离子水，异丙醇依次超声清洗衬底材料，每次超声清洗5-10分钟。用氮气吹干后，放置臭
氧清洗机里处理15分钟。
[0030] 将衬底放入蒸发仪中，称取46.10mg碘化铅和6.75mg甲基氯化胺晶体放入蒸发舟中作为蒸发源，调节本底真空度为1*10-3Pa，加热电流为10A，蒸发速率为5克/平方厘米·秒。衬底加热温度为70℃，加热60分钟，蒸发完成后膜厚为200nm，薄膜呈黄色。
[0031] 取100mL异丙醇放入烧杯，加热调节溶剂温度为25℃，将样品放入烧杯中，20min后取出。
[0032] 将样品放置70℃的金属加热台上，加热60分钟将样品烘干。
[0033] 再将样品放入蒸发仪，称取14.31mg甲基碘化胺晶体放入蒸发舟中作为蒸发源，调-4节本底真空度为5*10 Pa，加热电流为5A，蒸发速率为1克/平方厘米·秒。衬底加热温度为
70℃，蒸发完成后膜厚约为250nm。
[0034] 实施例2
[0035] 以FTO导电玻璃为衬底，分别使用去离子水，丙酮，乙醇，去离子水，异丙醇依次超声清洗衬底材料，每次超声清洗8分钟。用氮气吹干后，放置臭氧清洗机里处理15分钟。
[0036] 将衬底放入蒸发仪中，称取46.10mg碘化铅和6.75mg甲基氯化胺晶体放入蒸发舟中作为蒸发源，调节本底真空度为1*10-4Pa，加热电流为50A，蒸发速率为30克/平方厘米·秒。衬底加热温度为120℃，加热25分钟，蒸发完成后膜厚为600nm，薄膜呈黄色。
[0037] 取100mL异丙醇放入烧杯，加热调节溶剂温度为60℃，将样品放入烧杯中，1min后取出。
[0038] 将样品放置120℃的金属加热台上，加热5min将样品烘干。
[0039] 再将样品放入蒸发仪，称取16.70mg甲基碘化胺晶体放入蒸发舟中作为蒸发源，调节本底真空度为1*10-4Pa，加热电流为30A，蒸发速率为20克/平方厘米·秒。衬底加热温度为120℃，加热5-60分钟，蒸发完成后膜厚为800nm。
[0040] 实施例3
[0041] 以FTO导电玻璃为衬底，分别使用去离子水，丙酮，乙醇，去离子水，异丙醇依次超声清洗衬底材料，每次超声清洗10分钟。用氮气吹干后，放置臭氧清洗机里处理15分钟。
[0042] 将衬底放入蒸发仪中，称取46.1mg碘化铅和6.75mg甲基氯化胺晶体放入蒸发舟中-4作为蒸发源，调节本底真空度为5*10 Pa，加热电流为20A，蒸发速率保持在10克/平方厘米·秒。衬底加热温度为80℃，蒸发完成后膜厚为500nm，薄膜呈黄色。
[0043] 取100mL异丙醇放入烧杯，加热调节溶剂温度为50℃，将样品放入烧杯中，2min后取出。
[0044] 将样品放置100℃的金属加热台上，加热5min将样品烘干。
[0045] 再将样品放入蒸发仪，称取15.90mg甲基碘化胺晶体放入蒸发舟中作为蒸发源，调节本底真空度为5*10-4Pa，加热电流为15A，蒸发速率保持在8克/平方厘米·秒。衬底加热温度为100℃，蒸发完成后膜厚为600nm。
[0046] 实施例4
[0047] 以FTO导电玻璃为衬底，分别使用去离子水，丙酮，乙醇，去离子水，异丙醇依次超声清洗衬底材料，每次超声清洗12分钟。用氮气吹干后，放置臭氧清洗机里处理15分钟。
[0048] 将衬底放入蒸发仪中，称取46.10mg碘化铅和6.75mg甲基氯化胺晶体放入蒸发舟中作为蒸发源，调节本底真空度为1*10-3Pa，加热电流为10A，蒸发速率为5克/平方厘米·秒。衬底加热温度为70℃，加热60分钟，蒸发完成后膜厚为200nm，薄膜呈黄色。
[0049] 取100mL异丙醇放入烧杯，加热调节溶剂温度为25℃，将样品放入烧杯中，20min后取出。
[0050] 将样品放置70℃的金属加热台上，加热60min将样品烘干。
[0051] 甲基碘化胺溶于异丙醇中，制备5mg/mL甲基碘化胺溶液，将样品放入
手套箱内的旋涂仪上，滴加240μL溶液至样品上，立即1000rpm旋涂发生反应，旋涂完毕后放置在70℃的加热台上，保持60min取出。反应完成后膜厚约为250nm。
[0052] 实施例5
[0053] 以FTO导电玻璃为衬底，分别使用去离子水，丙酮，乙醇，去离子水，异丙醇依次超声清洗衬底材料，每次超声清洗10-15分钟。用氮气吹干后，放置臭氧清洗机里处理15分钟。
[0054] 将衬底放入蒸发仪中，称取46.10mg碘化铅和6.75mg甲基氯化胺晶体放入蒸发舟中作为蒸发源，调节本底真空度为1*10-4Pa，加热电流为50A，蒸发速率为30克/平方厘米·秒。衬底加热温度为120℃，加热25分钟，蒸发完成后膜厚为600nm，薄膜呈黄色。
[0055] 取100mL异丙醇放入烧杯，加热调节溶剂温度为60℃，将样品放入烧杯中，1min后取出。
[0056] 将样品放置120℃的金属加热台上，加热5min将样品烘干。
[0057] 甲基碘化胺溶于异丙醇中，制备20mg/mL甲基碘化胺溶液，将样品放入手套箱内的旋涂仪上，滴加240μL溶液至样品上，立即1000rpm旋涂发生反应，旋涂完毕后放置在120℃的加热台上，保持50min取出。反应完成后膜厚约为800nm。
[0058] 实施例6
[0059] 以FTO导电玻璃为衬底，分别使用去离子水，丙酮，乙醇，去离子水，异丙醇依次超声清洗衬底材料，每次超声清洗10分钟。用氮气吹干后，放置臭氧清洗机里处理15分钟。
[0060] 将衬底放入蒸发仪中，称取46.1mg碘化铅和6.75mg甲基氯化胺晶体放入蒸发舟中作为蒸发源，调节本底真空度为5*10-4Pa，加热电流为20A，蒸发速率保持在10克/平方厘米·秒。衬底加热温度为80℃，蒸发完成后膜厚为500nm，薄膜呈黄色。
[0061] 取100mL异丙醇放入烧杯，加热调节溶剂温度为50℃，将样品放入烧杯中，2min后取出。
[0062] 将样品放置100℃的金属加热台上，加热5min将样品烘干。
[0063] 甲基碘化胺溶于异丙醇中，制备10mg/mL甲基碘化胺溶液，将样品放入手套箱内的旋涂仪上，滴加60μL溶液至样品上，立即2000rpm旋涂发生反应，旋涂完毕后放置在100℃的加热台上，保持30min取出。反应完成后膜厚约为450nm。
[0064] 对比例1
[0065] 以FTO导电玻璃为衬底，分别使用去离子水，丙酮，乙醇，去离子水，异丙醇依次超声清洗衬底材料，每次超声清洗5-10分钟。用氮气吹干后，放置臭氧清洗机里处理15分钟。
[0066] 将衬底放入蒸发仪中，称取46.10mg碘化铅和14.31mg甲基碘化胺晶体放入蒸发舟中作为蒸发源，调节本底真空度为1*10-3Pa，加热电流为10A，蒸发速率为5克/平方厘米·秒。衬底加热温度为70℃，加热60分钟，蒸发完成后膜厚为260nm。
[0067] 对比例2
[0068] 以FTO导电玻璃为衬底，分别使用去离子水，丙酮，乙醇，去离子水，异丙醇依次超声清洗衬底材料，每次超声清洗8分钟。用氮气吹干后，放置臭氧清洗机里处理15分钟。
[0069] 将衬底放入蒸发仪中，称取46.10mg碘化铅和16.70mg甲基碘化胺晶体放入蒸发舟中作为蒸发源，调节本底真空度为1*10-4Pa，加热电流为50A，蒸发速率为30克/平方厘米·秒。衬底加热温度为120℃，加热25分钟，蒸发完成后膜厚为700nm。
[0070] 对比例3
[0071] 以FTO导电玻璃为衬底，分别使用去离子水，丙酮，乙醇，去离子水，异丙醇依次超声清洗衬底材料，每次超声清洗10分钟。用氮气吹干后，放置臭氧清洗机里处理15分钟。
[0072] 将衬底放入蒸发仪中，称取46.1mg碘化铅和15.90mg甲基碘化胺晶体放入蒸发舟-4中作为蒸发源，调节本底真空度为5*10 Pa，加热电流为20A，蒸发速率保持在10克/平方厘米·秒。衬底加热温度为80℃，蒸发完成后膜厚为500nm。
[0073] 对比例4
[0074] 以FTO导电玻璃为衬底，分别使用去离子水，丙酮，乙醇，去离子水，异丙醇依次超声清洗衬底材料，每次超声清洗12分钟。用氮气吹干后，放置臭氧清洗机里处理15分钟。
[0075] 将衬底放入蒸发仪中，称取46.10mg碘化铅放入蒸发舟中作为蒸发源，调节本底真空度为1*10-3Pa，加热电流为10A，蒸发速率为5克/平方厘米·秒。衬底加热温度为70℃，加热60分钟，取100mL异丙醇放入烧杯，加热调节溶剂温度为25℃，将样品放入烧杯中，20min后取出。
[0076] 将样品放置70℃的金属加热台上，加热60min将样品烘干。
[0077] 甲基碘化胺溶于异丙醇中，制备5mg/mL甲基碘化胺溶液，将样品放入手套箱内的旋涂仪上，滴加240μL溶液至样品上，立即1000rpm旋涂发生反应，旋涂完毕后放置在70℃的加热台上，保持60min取出。反应完成后膜厚约为250nm。
[0078] 对比例5
[0079] 以FTO导电玻璃为衬底，分别使用去离子水，丙酮，乙醇，去离子水，异丙醇依次超声清洗衬底材料，每次超声清洗10-15分钟。用氮气吹干后，放置臭氧清洗机里处理15分钟。
[0080] 将衬底放入蒸发仪中，称取46.10mg碘化铅放入蒸发舟中作为蒸发源，调节本底真空度为1*10-4Pa，加热电流为50A，蒸发速率为30克/平方厘米·秒。衬底加热温度为120℃，加热25分钟，蒸发完成后膜厚为600nm，薄膜呈黄色。
[0081] 取100mL异丙醇放入烧杯，加热调节溶剂温度为60℃，将样品放入烧杯中，1min后取出。
[0082] 将样品放置120℃的金属加热台上，加热5min将样品烘干。
[0083] 甲基碘化胺溶于异丙醇中，制备20mg/mL甲基碘化胺溶液，将样品放入手套箱内的旋涂仪上，滴加240μL溶液至样品上，立即1000rpm旋涂发生反应，旋涂完毕后放置在120℃的加热台上，保持50min取出。反应完成后膜厚约为800nm。
[0084] 对比例6
[0085] 以FTO导电玻璃为衬底，分别使用去离子水，丙酮，乙醇，去离子水，异丙醇依次超声清洗衬底材料，每次超声清洗10分钟。用氮气吹干后，放置臭氧清洗机里处理15分钟。
[0086] 将衬底放入蒸发仪中，称取46.1mg碘化铅放入蒸发舟中作为蒸发源，调节本底真空度为5*10-4Pa，加热电流为20A，蒸发速率保持在10克/平方厘米·秒。衬底加热温度为80℃，蒸发完成后膜厚为500nm，薄膜呈黄色。
[0087] 取100mL异丙醇放入烧杯，加热调节溶剂温度为50℃，将样品放入烧杯中，2min后取出。
[0088] 将样品放置100℃的金属加热台上，加热5min将样品烘干。
[0089] 甲基碘化胺溶于异丙醇中，制备10mg/mL甲基碘化胺溶液，将样品放入手套箱内的旋涂仪上，滴加60μL溶液至样品上，立即2000rpm旋涂发生反应，旋涂完毕后放置在100℃的加热台上，保持30min取出。反应完成后膜厚约为450nm。
[0090] 效果评价
[0091] 样品薄膜
颜色实施例1-6 深红色
对比例1-6 黄棕色
[0092] 表明掺杂甲基氯化胺的样品钙钛矿各组分反应更加充分，钙钛矿薄膜质量更好。
[0093] 本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的
修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附
权利要求书所定义的范围。
