[发明专利]一种大面积制备卤化甲胺铅光电薄膜的化学方法

说明书

本发明涉及一种大面积制备卤化甲胺铅光电薄膜的化学方法。该方法为：将沉积有单质铅薄膜的基底与卤化甲胺在真空或负压条件下加热，使卤化甲胺蒸汽充满反应容器，在200℃～300℃条件下反应，反应时间小于等于50min，即可在基底材料表面原味制备出晶粒大、结晶性好、表面均匀的卤化甲胺铅半导体薄膜材料CH₃NH₃PbX₃，X＝Cl，Br，I或其中一种或两种的组合。本发明方法可大面积快速制备卤化甲胺铅薄膜、制备的卤化甲胺铅薄膜厚度均匀性好，卤化甲胺铅结晶好晶体粒径大，直径可达到0.5‑2微米，优选可达到1‑3微米，克服了传统方法成膜晶粒小的问题。具有广泛的实验室器件研究及工业应用前景。

技术领域：

本发明属于材料化学技术领域，尤其涉及一种大面积制备卤化甲胺铅光电薄膜的化学方法。

背景技术：

卤化甲胺铅(CH₃NH₃PbX₃，X＝Cl，Br，I)是一种窄禁带宽度为1.5eV左右的半导体材料，它拥有优良的光电转化能力，被广泛应用到低成本太阳能电池器件的研制当中。基于该材料制备的异质结薄膜太阳能电池器件目前已经在实验室中获得了高达22％的光电转换效率。

目前，广泛使用的碘化甲胺铅薄膜合成方法可以归结为两种，分别为一步法和两步法。其中，基于溶液的“一步法”卤化铅钙钛矿材料的太阳能电池是将铅源与卤化甲胺盐或其衍生物溶解成卤化铅钙钛矿前驱体，旋涂加热后完成钙钛矿层的制备。例如，2012年Michael和Nam-Gyu Park课题组将摩尔比为1:1的CH₃NH₃I和PbI₂溶解在γ-丁内酯中制备成CH₃NH₃PbI₃钙钛矿前驱体，旋涂在具有致密/多孔结构的TiO₂薄膜上，并组装成太阳能电池器件获得了9.7％的光电转换效率。2016年初，Yixin Zhao课题组报道了基于CH₃NH₂气氛下旋涂PbI₂/HI混合溶液制备钙钛矿材料的一步法，并获得了16.32％的光电转换效率。基于溶液的“两步法”中卤化铅钙钛矿薄膜材料是以制备好的PbI₂薄膜为反应物，与卤化甲胺盐或其衍生物的溶液快速反应，再进行加热处理得到的。例如，2013年，Michael课题组将PbI₂旋涂到TiO₂多孔薄膜上，然后将该薄膜浸泡到CH₃NH₃I的异丙醇溶液中，得到CH₃NH₃PbI₃钙钛矿薄膜太阳能电池器件，并获得了15％的光电转换效率。MatthewR.Leyden等人将PbI₂旋涂到基底材料表面，然后利用化学气相沉积的方法使PbI₂与CH₃NH₃I气体反应获得CH₃NH₃PbI₃钙钛矿薄膜。以上方法均是基于旋涂溶液过程制备的卤化铅钙钛矿薄膜材料，难以实现大面积、均匀成膜的目的，且重复性差，使用大量有机溶剂。

因此，寻找一种重复性好、表面均匀、溶剂使用量小的大面积制备卤化甲胺铅薄膜制备方法仍然是需要研究解决的问题。

发明内容：

本发明所要解决的问题是：针对目前现有技术报道的卤化甲胺铅薄膜制备方法中存在的难以大面积制备等问题，而提供一种大面积制备卤化甲胺铅光电薄膜的化学方法。

本发明对要解决的问题所采取的技术方案是：