有機(jī)鈣鈦礦薄膜制備裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于薄膜制備裝置，更具體地說(shuō)，涉及一種有機(jī)鈣鈦礦薄膜制備裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]有機(jī)鈣鈦礦薄膜太陽(yáng)電池由于其高效、制備簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)成為研究重點(diǎn)，并且逐步朝實(shí)用化發(fā)展。而有機(jī)鈣鈦礦薄膜(CH3NH3PbI3)作為該類太陽(yáng)電池的光吸收層，其薄膜質(zhì)量的好壞影響整個(gè)電池的性能。但是該類型有機(jī)太陽(yáng)電池在研制中還存在許多問(wèn)題，比如薄膜結(jié)晶質(zhì)量，表面平整性，薄膜化學(xué)穩(wěn)定性，以及提高光電轉(zhuǎn)換效率等。目前提高有機(jī)鈣鈦礦薄膜的主要方法是在薄膜制備過(guò)程中添加有機(jī)化學(xué)修飾劑，比如在有機(jī)鈣鈦礦前驅(qū)液中加入助膜劑，如甲基氯化錢(CH3NH3C1)、聚二乙醇(Poly ethylene glycol)等。這種方法雖然能夠有效的提尚有機(jī)I丐欽礦薄I旲質(zhì)量，提尚薄I旲覆蓋率，進(jìn)而提尚太陽(yáng)電池效率。但是米用添加化學(xué)修飾劑的方法會(huì)增加成本，同時(shí)方法單一，對(duì)太陽(yáng)電池效率提升效果有限。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)合理，提升質(zhì)量的有機(jī)鈣鈦礦薄膜制備裝置及方法。
[0004]這種有機(jī)鈣鈦礦薄膜制備裝置，包括加熱平臺(tái)、靜電電極和靜電發(fā)生器;所述靜電電極包括上電極和下電極，且為金屬平板，平行放置，上電極與下電極保持絕緣；當(dāng)在上電極和下電極之間施加電壓，在其中間形成均勻靜電場(chǎng);所述靜電發(fā)生器與上電極和下電極連接，為其提供電壓。
[0005]作為優(yōu)選:所述下電極緊貼加熱平臺(tái)表面，樣品放置在下電極表面，加熱平臺(tái)控制加熱溫度，靜電發(fā)生器與上電極與下電極間距共同調(diào)節(jié)靜電場(chǎng)強(qiáng)度。
[0006]本實(shí)用新型的有益效果是:
[0007]1)制備過(guò)程簡(jiǎn)單，所需設(shè)備易操作、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制備出的有機(jī)鈣鈦礦薄膜結(jié)晶質(zhì)量高，表面平整。
[0008]2)在薄膜固化結(jié)晶階段，施加靜電場(chǎng)，與現(xiàn)有薄膜制備技術(shù)兼容，技術(shù)推廣容易，無(wú)需大規(guī)模改變現(xiàn)有薄膜制備技術(shù)。因此，該薄膜制備技術(shù)在有機(jī)太陽(yáng)電池制備領(lǐng)域具有潛在推廣價(jià)值。
【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1是本實(shí)用新型涉及的靜電場(chǎng)與加熱裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0010]圖2是本實(shí)用新型具體實(shí)施例中不同靜電場(chǎng)強(qiáng)度制備薄膜的熒光光譜數(shù)據(jù)；
[0011]圖3是本實(shí)用新型具體實(shí)施例中薄膜熒光強(qiáng)度與施加靜電場(chǎng)強(qiáng)度之間的關(guān)系；
[0012]附圖標(biāo)記說(shuō)明:加熱平臺(tái)1、上電極21、下電極22、靜電發(fā)生器3。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步描述。雖然本實(shí)用新型將結(jié)合較佳實(shí)施例進(jìn)行描述，但應(yīng)知道，并不表示本實(shí)用新型限制在所述實(shí)施例中。相反，本實(shí)用新型將涵蓋可包含在有附后權(quán)利要求書(shū)限定的本實(shí)用新型的范圍內(nèi)的替換物、改進(jìn)型和等同物。
[0014]本實(shí)用新型的操作過(guò)程如下:
[0015]1)有機(jī)鈣鈦礦薄膜的制備:
[0016]有機(jī)鈣鈦礦薄膜采用旋涂方法，將有機(jī)鈣鈦礦前驅(qū)液旋涂在襯底表面。首先將襯底加熱至60?80°C，然后迅速轉(zhuǎn)移至旋涂?jī)x。旋涂轉(zhuǎn)速為1500?2000rpm，旋涂時(shí)間為15?25s。將表面旋涂有有機(jī)鈣鈦礦前驅(qū)液的襯底迅速轉(zhuǎn)移至加熱平臺(tái)，進(jìn)行下一步退火固化結(jié)晶Ο
[0017]2)利用外加靜電場(chǎng)調(diào)控在有機(jī)鈣鈦礦薄膜結(jié)晶過(guò)程:
[0018]將旋涂有機(jī)鈣鈦礦前驅(qū)液的襯底放置到外電場(chǎng)裝置中進(jìn)行退火固化處理。外電場(chǎng)施加裝置具有加熱襯底與在垂直薄膜表面方向施加靜電場(chǎng)的功能?？刂埔r底加熱溫度70?100°C，調(diào)節(jié)襯底表面靜電場(chǎng)強(qiáng)度0?5000V/cm，加熱時(shí)間控制在15?45分鐘。加熱完畢后，將襯底取出，自然冷卻至室溫，即得到有機(jī)鈣鈦礦薄膜。
[0019]本實(shí)用新型中涉及靜電裝置的作用是在襯底表面施加靜電電場(chǎng)，包括加熱平臺(tái)1，靜電電極，以及靜電發(fā)生器3。所述靜電電極包括上電極21和下電極22。靜電發(fā)生器3與上電極21和下電極22連接，在上電極21和下電極22之間形成均勻靜電電場(chǎng)。
[0020]上電極21與下電極22保持絕緣，其間距可以調(diào)節(jié)，并在兩電極之間形成均勻靜電場(chǎng)。
[0021]下電極22緊貼加熱平臺(tái)1，也可直接將加熱平臺(tái)1表面作為下電極22。將樣品放置在下電極22表面，進(jìn)行加熱處理與施加靜電場(chǎng)。
[0022]實(shí)施例1:
[0023]取3ml N，N_二甲基甲酰胺(DMF)溶液，加0.463gPbCl2，加熱至70°C，在氮?dú)夥諊聰嚢?小時(shí)。加入1.426g甲基碘化胺(CH3NH3I)，繼續(xù)攪拌24小時(shí)，最終形成以DMF為基底的CH3NH3PbI3 前驅(qū)液。
[0024]將FT0襯底在四氯化碳、丙酮、酒精、去離子水中各超聲清洗10分鐘，用氮?dú)獯蹈?，然后在烘箱中烘干。在旋涂前?qū)液之前，現(xiàn)將FT0襯底在60°C加熱5分鐘，然后轉(zhuǎn)移至旋涂?jī)x中。采用旋涂法制備有機(jī)鈣鈦礦薄膜，旋涂速度2000rpm，旋涂時(shí)間20s。旋涂結(jié)束后，在襯底表面形成一層未固化結(jié)晶的有機(jī)鈣鈦礦薄膜層。
[0025]設(shè)定加熱臺(tái)溫度，使下電極22表面溫度為70°C。將旋涂有機(jī)鈣鈦礦前驅(qū)液的襯底放置在下電極22表面，然后施加靜電場(chǎng)，使襯底處于均勻靜電場(chǎng)環(huán)境退火固化。退火固化時(shí)間為30分鐘，最終得到有機(jī)鈣鈦礦薄膜。靜電場(chǎng)強(qiáng)度從OV/cm到4000V/cm，通過(guò)測(cè)量有機(jī)鈣鈦礦薄膜的熒光光譜，發(fā)現(xiàn)靜電場(chǎng)能夠有效的薄膜結(jié)晶質(zhì)量，提高薄膜中載流子的輻射復(fù)合效率與壽命，如圖2所示。當(dāng)靜電場(chǎng)強(qiáng)度在1000?3000V/cm時(shí)，效果最好，繼續(xù)增加場(chǎng)強(qiáng)，熒光效率迅速降低，如圖3所示。
[0026]本實(shí)用新型的原理為:將有機(jī)鈣鈦礦前驅(qū)液旋涂在襯底上，在固化結(jié)晶階段在襯底表面施加外加電場(chǎng)，利用靜電場(chǎng)調(diào)控晶體固液相的吉布斯自由能，進(jìn)而提高有機(jī)鈣鈦礦薄膜的結(jié)晶質(zhì)量。利用物理方法調(diào)控薄膜結(jié)晶質(zhì)量，晶粒大小，以及其光電性質(zhì)。在薄膜結(jié)晶階段，外加靜電場(chǎng)可以改變其吉布斯自由能和溶劑的粘滯系數(shù)，減緩結(jié)晶速率，增大晶粒尺寸，提高薄膜結(jié)晶質(zhì)量與改善表面形貌。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種有機(jī)鈣鈦礦薄膜制備裝置，其特征在于:包括加熱平臺(tái)(1)、靜電電極和靜電發(fā)生器(3);所述靜電電極包括上電極(21)和下電極(22)，且為金屬平板，平行放置，上電極(21)與下電極(22)保持絕緣；當(dāng)在上電極(21)和下電極(22)之間施加電壓，在其中間形成均勻靜電場(chǎng);所述靜電發(fā)生器(3)與上電極(21)和下電極(22)連接，為其提供電壓。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)鈣鈦礦薄膜制備裝置，其特征在于:所述下電極(22)緊貼加熱平臺(tái)(1)表面，樣品放置在下電極(22)表面，加熱平臺(tái)(1)控制加熱溫度，靜電發(fā)生器(3)與上電極(21)與下電極(22)間距共同調(diào)節(jié)靜電場(chǎng)強(qiáng)度。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種有機(jī)鈣鈦礦薄膜制備裝置，包括加熱平臺(tái)、靜電電極和靜電發(fā)生器；所述靜電電極包括上電極和下電極，且為金屬平板，平行放置，上電極與下電極保持絕緣；當(dāng)在上電極和下電極之間施加電壓，在其中間形成均勻靜電場(chǎng)；所述靜電發(fā)生裝置與上電極和下電極連接，為其提供電壓。本實(shí)用新型的有益效果是：1)制備過(guò)程簡(jiǎn)單，所需設(shè)備易操作、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制備出的有機(jī)鈣鈦礦薄膜結(jié)晶質(zhì)量高，表面平整。2)在薄膜固化結(jié)晶階段，施加靜電場(chǎng)，與現(xiàn)有薄膜制備技術(shù)兼容，技術(shù)推廣容易，無(wú)需大規(guī)模改變現(xiàn)有薄膜制備技術(shù)。因此，該薄膜制備技術(shù)在有機(jī)太陽(yáng)電池制備領(lǐng)域具有潛在推廣價(jià)值。
【IPC分類】C30B7/14, C30B30/02
【公開(kāi)號(hào)】CN205133787
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520877812
【發(fā)明人】蔡春鋒, 畢崗
【申請(qǐng)人】浙江大學(xué)城市學(xué)院
【公開(kāi)日】2016年4月6日
【申請(qǐng)日】2015年11月5日