[发明专利]一种五氧化二钒薄膜的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种五氧化二钒薄膜制备方法及其应用。它的制备方法，包括如下步骤：将含偏钒酸铵溶于乙二醇和二甲基亚砜混合溶液中，然后进行加热溶解，即得五氧化二钒前驱体溶液。旋涂前驱体溶液在ITO基片上后加热制得五氧化二钒薄膜。同时制备的五氧化二钒可以作为空穴传输层材料应用在太阳能电池中。本发明的五氧化二钒薄膜不仅平整均匀粗糙度低，且其制备方法安全、简单、成本低廉且环境友好。

技术领域

本发明涉及二维纳米材料制备技术领域，具体涉及一种五氧化二钒薄膜的制备方法及其应用。

背景技术

五氧化二钒(V₂O₅)是一种常见的功能性过渡金属氧化物，被广泛的应用于超级电容器、催化剂、搪瓷、磁性材料和太阳能电池中等等。近几年，因其在光电性能方面的杰出性能，包括适当的能级、良好的导电性、高度的稳定性且廉价和易制备等优点，五氧化二钒越来越多的被用作太阳能电池界面材料。然而高性能的太阳能电池对其界面膜的质量要求很高，因此，人们期望能获得一种制备高度均匀平整的五氧化二钒薄膜的方法，以提高它在太阳能电池方面的性能。目前，基于五氧化二钒纳米材料的薄膜的制备方法主要有蒸镀法、刮涂法、提拉法等。然而这些方法制备的五氧化二钒薄膜的粗糙度大，而且成本高，限制其在太阳能电池中的应用。

现有制备五氧化二钒薄膜的方法多为溶胶凝胶法，喷雾法，化学气相沉积法，磁控溅射法以及真空镀膜法等，但这些方法存在不同的缺点，如：溶胶凝胶法制备五氧化二钒薄膜时，在涂膜过程中由于涂膜物质的挥发和收缩经常会出现气泡，裂缝，薄厚不均，甚至脱落等现象。喷雾法制备五氧化二钒薄膜时，在制膜过程中由于距离，雾化时间，气体流速都有一定的要求，其制备工艺复杂，不适合大范围推广。化学气相沉淀法存在设备工艺要求较高，不易于进行大规模工业化生产等缺点。磁控溅射法存在对靶材(如纯度，表面光滑度，导电性等)要求较高，设备投入大等缺点。真空蒸镀法则存在制备工艺较为复杂，仪器要求较高，不能进行工业化生产等缺点。

发明内容

针对现有技术不足，本发明目的是提供了一种五氧化二钒薄膜的制备方法及其应用，利用该方法可获得均匀、稳定的薄膜，具有操作简单，成本低的优点，且在钙钛矿太阳能电池应用取得很好的效果。

一种五氧化二钒薄膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)将偏钒酸铵置于二甲基亚砜和乙二醇的混合溶剂中，加热溶解，制得五氧化二钒的前驱体溶液；接着将该前驱体溶液自然冷却至室温后待用；

(2)采用旋涂的方法将该五氧化二钒的前驱体溶液旋涂在基片上；

(3)将旋涂好的膜放在加热板上，200～300度加热45～60min，制得所述五氧化二钒薄膜。

本发明中，步骤(3)的加热过程是后续成膜的关键，温度低其偏钒酸铵不能分解生成五氧化二钒，高温时生成膜的质量较差。

在本发明的一种优选实施方式中，所述旋涂转速3000～4000rpm/min，旋涂时间为45～65s。

在本发明的一种优选实施方式中，所述二甲基亚砜和乙二醇的体积比为1∶1～3。

在本发明的一种优选实施方式中，所述偏钒酸铵与混合溶剂的重量体积比为10～15mg/mL。

在本发明的一种优选实施方式中，所述基片为ITO、FTO、柔性电极。

在本发明的方法中，所述加热溶解温度为60～90℃；所述加热溶解的时间为10～14小时。

发明所述的五氧化二钒薄膜其粗糙度为约3～6nm，中值约3nm。

本发明还提供了所述的五氧化二钒薄膜作为空穴传输层材料在钙钛矿太阳能电池中的应用。

本发明具有以下优点：