一种用于电池的钙钛矿薄膜的制备方法

本发明属于钙钛矿，具体涉及一种用于电池的钙钛矿薄膜的制备方法。

背景技术：

1、钙钛矿薄膜太阳能电池由于光电转换效率高、制备工艺简单和制备成本低在太阳能发电领域具有广阔的前景。目前，钙钛矿薄膜的制备方法有旋涂法、化学气相沉积法、蒸镀法等。在卤化物钙钛矿薄膜的制备过程中往往会伴随着缺陷的形成，例如杂质、未完全反应的原料等成分缺陷或者空位、晶格畸变等晶体缺陷等。这些缺陷可捕获载流子，进而引起电荷的非辐射复合损失，从而影响器件的光电性能。研究表明，卤化物钙钛矿薄膜表面的缺陷密度比薄膜内部高2-3个数量级，界面复合是影响器件性能的主要因素之一。

技术实现思路

1、针对现有技术中的问题，本发明提供一种用于电池的钙钛矿薄膜的制备方法，解决了现有卤化物钙钛矿薄膜的缺陷问题，利用亚钛离子自带的缺氧特性和二氯亚钛的氯离子特性，提供了钙钛矿内部的致密性，利用离子活性的提升来减少孔洞与缺陷。

2、为实现以上技术目的，本发明的技术方案是：

3、一种用于电池的钙钛矿薄膜的制备方法，包括如下步骤：

4、步骤1，将基层材料进行清洗，经烘干后得到洁净的基层材料，所述基层材料采用透明电极基底，所述清洗依次采用异丙醇、蒸馏水、异丙醇超声清洗，该超声清洗的温度为20-30℃，超声频率为50-70khz，所述烘干的温度为35-100℃；该步骤利用不同溶剂作为溶解剂，以超声为清洗方式，形成高频震动的方式将基层材料表面杂质去除，达到表面洁净的效果；

5、步骤2，将钙钛矿浆料旋涂在基层材料表面烘干，并氮气退火，得到预制钙钛矿薄膜，所述预制钙钛矿薄膜的厚度为200-400nm，旋涂量为15-25μl/100cm2，所述旋涂在氮气氛围下进行，旋涂转速为1000-2000rpm，旋涂时间为30-60s，烘干温度为50-60℃；所述氮气退火的温度为250-300℃，时间为50-70s；

6、进一步的，所述钙钛矿浆料的制备方法，包括：a1，将碘化甲胺、碘化铅加入至二甲基亚砜内搅拌均匀，形成溶解液，所述碘化甲胺与碘化铅的摩尔比为1:1，所述碘化甲胺在二甲基亚砜的浓度为1.2-1.5mol/l，搅拌速度为1000-2000r/min；a2，将二氯化钛加入至乙醇中搅拌均匀，然后加入至溶解液中超声分散20-30min，得到钙钛矿浆料，所述二氯化钛在乙醇中的浓度为20-50g/l，搅拌速度为500-1000r/min，所述二氯化钛的摩尔量是碘化甲胺的0.1-0.5％，所述超声分散的超声频率为50-80khz，温度为5-10℃；所述钙钛矿浆料在氮气氛围下制备。该方法利用氯化亚钛与乙醇的相容特性，以及二甲基亚砜与乙醇的相容性，将氯化亚钛渗透至钙钛矿浆料内形成均质化分散，且在氮气氛围下进行制备，并在氮气氛围进行旋涂，保持氯化亚钛自身的亚钛体系，在氯元素掺杂的情况下增加亚钛离子，利用亚钛离子自身的活性能够提高周边活性，提高钙钛矿材料内部化学连接活性，减少空位等缺陷，提高了整体的致密性；

7、步骤3，将氯化亚钛和钛酸正丁酯依次加入至乙醇中搅拌均匀，形成混合钛醇液，然后将混合钛醇液均匀涂敷在预制钙钛矿薄膜表面并吹扫风干，再使用热蒸汽进行处理，清洗后得到钙钛矿薄膜，所述氯化亚钛与钛酸正丁酯的摩尔比为1:10-20，所述钛酸正丁酯在乙醇中的浓度为5-8g/l，搅拌速度为1000-2000r/min。所述涂覆是将20-50μl混合钛醇液涂覆在100-200cm2预制钙钛矿薄膜表面，所述吹扫风干采用50-70℃的氮气，且氮气的速度为3-8ml/min，所述热蒸汽采用水蒸气与氮气的混合气体，且水蒸气与氮气的体积比为1:20-40，处理的初期温度为100-120℃，后续升温至200-230℃；该步骤利用钛酸正丁酯与氯化亚钛对乙醇的可溶性，形成均质的溶液，并均匀涂覆在预制钙钛矿薄膜的表面，基于该预制钙钛矿薄膜的缺陷自带有活性，能够对钛离子形成吸引，特别是亚钛离子形成吸附牵引，因此，氯化亚钛能够填补钙钛矿表面空位，并利用氯离子与钙钛矿材料的同质性和亚钛离子的离子活性，实现空位填补，此时的钛酸正丁酯在乙醇的稀释分散下形成平铺效果，将氯化亚钛被钛酸正丁酯覆盖，经蒸汽水解后转化为二氧化钛，亚钛离子自身含有缺氧特性，能够吸引二氧化钛上的氧离子，从而达到稳定吸附性，达到空位填补效果，同时表面的钛酸正丁酯形成液膜体能够形成纳米二氧化钛膜，形成优质的电子传输效果。

8、从以上描述可以看出，本发明具备以下优点：

9、1.本发明解决了现有卤化物钙钛矿薄膜的缺陷问题，利用亚钛离子自带的缺氧特性和二氯亚钛的氯离子特性，提供了钙钛矿内部的致密性，利用离子活性的提升来减少孔洞与缺陷。

10、2.本发明利用一氧化钛与二氧化钛的结构，利用缺陷自身活性来进行自吸引，实现了表面空穴的修补，并在表面形成致密的二氧化钛膜形成多维电子传输体。

11、3.本发明提供的方法有效的提高了钙钛矿的致密性和稳定性，减少了钙钛矿的孔洞与缺陷。

技术特征：

1.一种用于电池的钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的用于电池的钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于：所述步骤1中的基层材料采用透明电极基底。

3.根据权利要求1所述的用于电池的钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于：所述步骤1中的清洗依次采用异丙醇、蒸馏水、异丙醇超声清洗，该超声清洗的温度为20-30℃，超声频率为50-70khz，所述烘干的温度为35-100℃。

4.根据权利要求1所述的用于电池的钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于：所述步骤2中的预制钙钛矿薄膜的厚度为200-400nm。

5.根据权利要求1所述的用于电池的钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于：所述步骤2中的旋涂在氮气氛围下进行，旋涂转速为1000-2000rpm，旋涂时间为30-60s，烘干温度为50-60℃。

6.根据权利要求1所述的用于电池的钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于：所述步骤2中的氮气退火的温度为250-300℃，时间为50-70s。

7.根据权利要求1所述的用于电池的钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于：所述步骤3中的氯化亚钛与钛酸正丁酯的摩尔比为1:10-20，所述钛酸正丁酯在乙醇中的浓度为5-8g/l，搅拌速度为1000-2000r/min。

8.根据权利要求1所述的用于电池的钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于：所述步骤3中的涂覆是将20-50μl混合钛醇液涂覆在100-200cm2预制钙钛矿薄膜表面，所述吹扫风干采用50-70℃的氮气，且氮气的速度为3-8ml/min。

9.根据权利要求1所述的用于电池的钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于：所述步骤3中的热蒸汽采用水蒸气与氮气的混合气体，且水蒸气与氮气的体积比为1:20-40，处理的初期温度为100-120℃，后续升温至200-230℃。

技术总结本发明属于钙钛矿技术领域，具体涉及一种用于电池的钙钛矿薄膜的制备方法，包括如下步骤：步骤1，将基层材料进行清洗，经烘干后得到洁净的基层材料，步骤2，将钙钛矿浆料旋涂在基层材料表面烘干，并氮气退火，得到预制钙钛矿薄膜；步骤3，将氯化亚钛和钛酸正丁酯依次加入至乙醇中搅拌均匀，形成混合钛醇液，然后将混合钛醇液均匀涂敷在预制钙钛矿薄膜表面并吹扫风干，再使用热蒸汽进行处理，清洗后得到钙钛矿薄膜。本发明解决了现有卤化物钙钛矿薄膜的缺陷问题，利用亚钛离子自带的缺氧特性和二氯亚钛的氯离子特性，提供了钙钛矿内部的致密性，利用离子活性的提升来减少孔洞与缺陷。技术研发人员：方泽波受保护的技术使用者：绍兴文理学院技术研发日：技术公布日：2024/8/1