[发明专利]一种喷涂制备钙钛矿纳米晶薄膜的方法

说明书

本发明属于钙钛矿纳米晶薄膜领域，公开了一种喷涂制备钙钛矿纳米晶薄膜的方法，将前驱体溶液喷涂在基板上，形成液膜；所述前驱体溶液包括溶剂、以及溶解在所述溶剂中的钙钛矿材料；加热所述基板，以使液膜形成半干膜；将反溶剂喷涂在所述半干膜上以使所述半干膜晶化；钙钛矿纳米晶薄膜的制备采取喷涂的方法：将钙钛矿纳米晶分散液装入喷瓶中，安装到喷枪上，调节喷枪与基底的距离、喷枪的出液量和气压；然后将基底加热后进行喷涂，退火后，得到钙钛矿纳米晶薄膜。本发明制备的纳米晶薄膜均匀致密，基底稳定，光催化性能好，且步骤简单，厚度可控，适合大规模、工业化生产。

技术领域

本发明属于钙钛矿纳米晶薄膜领域，尤其涉及一种喷涂制备钙钛矿纳米晶薄膜的方法。

背景技术

近年来金属和半导体纳米晶材料的溶液法可控制备取得了突飞猛进的发展，为了将纳米材料应用于纳米晶薄膜光电器件，包括量子点薄膜太阳能电池、发光二极管和光电探测器，人们开发了多种薄膜制备工艺以获得致密平整以及厚度可调的纳米晶薄膜。多种适用于可溶液处理的纳米晶薄膜制备工艺包括旋涂法、提拉法、喷涂法和溶液自组装法等，但是它们的适用场合却不尽相同。旋涂法利用离心力把多余的溶剂和溶质甩离基片，能够制备几十到几百纳米厚度平整的纳米晶薄膜，缺点是只适合于小面积薄膜的制备，材料利用率低，对溶液分散性、浓度和粘度要求很高。提拉法是在基底离开液面时将纳米晶附着于基底上，通过提拉次数可以调控纳米晶薄膜厚度，缺点是薄膜致密性和均匀性差。溶液自组装法适合于纳米晶超晶格等有序纳米晶薄膜的制备，缺点是沉积效率低，制备薄膜面积小。喷涂法是利用高速气流将纳米晶溶液雾化，待溶剂挥发后在基底上形成纳米晶薄膜，其具有材料利用率高、成膜速度快、可大面积制备等优点，这些优点正好弥补了旋涂法、提拉法和溶液自组装法的劣势。

模拟退火方法，由Metropolis等人于1953年提出，是一种启发式迭代搜索方法，多用于复杂的组合优化问题以及NP完全问题。其思想来源于物理上的固体退火原理，由于固体退火过程与一般组合优化问题之间存在一定的相似性，在组合优化过程中引入Metropolis准则，就得到一种对Metropolis算法进行迭代的组合优化算法，同时在数学上又有很好的模型“马尔可夫链”可以对它进行严格地形式化描述。基于马尔可夫过程理论，可以证明模拟退火方法以概率1收敛于全局最优解，这是一条很好的数学特性。模拟退火方法的基本思想是对确定性算法引入随机扰动，使得当搜索到局部极值点时，以一定的概率跳出局部极值的陷阱。组合优化问题的解空间中的每个点都代表一个解，而不同的解有不同的代价值。优化即是在解空间中寻找代价函数，即目标函数的最大值或最小值。模拟退火方法首先产生一个初始布局作为当前解S，并初始化开始温度T和每个温度下迭代的次数L。每次迭代在当前解S的基础上随机扰动产生一个新解，如果新解优于S则接受新解，并取代当前解S；否则以一定概率接受新解，温度T越低接受新解的概率越低。然后逐渐降低温度T，如果温度达到冰点或者当前解达到要求则输出当前解作为最优解。这种方法在每个温度上所做的搜索必须足够多才能达到热力学平衡，理论上温度的下降过程是呈对数下降的，但实际中往往采用的是更加快速的退火策略，如几何下降、直线下降等方法，这样在实际应用中，就无法保证以1的概率达到全局最优解。

为了克服模拟退火方法陷入局部最优的问题，模拟回火方法把温度看成一个随机变量。在搜索解的过程中，温度可以上升也可以下降，这样搜索过程就能够时时回到较高的温度，从而可以跳出解空间中的某些局部最优解。这个方法明显不同于将温度控制为严格单调下降的模拟退火方法，

通常，模拟回火方法会选定一系列的单调下降的温度

t₁,t₂,…,t_m，每个温度下玻尔兹曼分布定义如下，

h_i(x)＝α_jexp{-Cost(x)/t_i}