[发明专利]一种喷涂制备钙钛矿薄膜的方法及钙钛矿薄膜

说明书

本发明提供一种喷涂制备钙钛矿薄膜的方法，所述方法包括：将含有钙钛矿的喷涂溶液喷涂至基板表面，其中至少采用两种流量，以流量递增的方式进行喷涂，得到钙钛矿薄膜前驱体，对所述钙钛矿薄膜前驱体进行热压处理得到所述钙钛矿薄膜。所述方法可避免连续喷涂造成晶粒垂直方向连续生长，而得到表面粗糙度较大、针孔较多的薄膜。

技术领域

本发明属于半导体器件制造领域，涉及一种喷涂制备钙钛矿薄膜的方法及钙钛矿薄膜。

背景技术

近年来，有机-无机材料杂化的钙钛矿由于其优异的光电转换效率、简单的制备工艺和低廉的制造成本受到了全球学术界和产业界的广泛关注，显示出很强的商业化应用前景。转换效率的迅速提升，一方面得益于钙钛矿旋涂成膜工艺的改进，另一方面得益于钙钛矿薄膜界面优化。然而钙钛矿在商业化发展过程中，仍然存在几个需要克服的难点：环境稳定性差、原料毒性、成本控制等。双钙钛矿由于其优异的稳定性，成本较为低廉，环境友好，可以看作是无铅钙钛矿一个很好的替代品。近期，双钙钛矿卤化物作为一个新型的钙钛矿材料引起研究者广泛关注，采用旋涂工艺可以得到质量较好的薄膜。但是，单纯旋涂工艺得到薄膜厚度较薄，无法满足光电器件的载流子运输需要。而喷涂工艺虽然能得到较厚的薄膜，但是其薄膜表面粗糙度较大，晶粒尺寸较小且有大量的针孔。

CN 107331778 A公开了一种钙钛矿薄膜的制备方法，其包括如下步骤：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；加热所述基板以使所述液膜形成半干膜；将反溶剂喷涂在所述半干膜上以使所述半干膜晶化。上述钙钛矿薄膜的制备方法，采用喷涂的方式，薄膜的面积取决于喷涂时喷头的行程范围，故而可以制备出大面积的钙钛矿薄膜。CN 108242505 A公开了一种大晶粒钙钛矿薄膜光电材料的制备方法，包括前驱体溶液的制备和基底的制备，以及将制备好的前驱体溶液喷涂到基底上，获得大晶粒钙钛矿薄膜等过程。前驱体溶液通过将钙钛矿原材料AX_n和BX_3-n按比例混合或者直接将钙钛矿材料ABX₃溶解在NMP溶剂或NMP混合溶剂中获得。前驱体溶液喷涂到100～150℃的热基底上并保温至大晶粒钙钛矿薄膜生长，钙钛矿晶粒呈良好的取向排列。在大晶粒钙钛矿薄膜上制备空穴传输层或者电子传输层，获得大晶粒钙钛矿薄膜光电材料。上述技术方案在使用喷涂法时并未解决薄膜表面粗糙度较大，晶粒尺寸较小且有大量的针孔的问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种喷涂制备钙钛矿薄膜的方法及钙钛矿薄膜，所述方法可避免连续喷涂造成晶粒垂直方向连续生长，而得到表面粗糙度较大、针孔较多的薄膜。

为达到上述技术效果，本发明采用以下技术方案：

本发明目的之一在于提供一种喷涂制备钙钛矿薄膜的方法，所述方法包括：

将含有钙钛矿的喷涂溶液喷涂至基板表面，其中至少采用两种流量，以流量递增的方式进行喷涂，得到钙钛矿薄膜前驱体，对所述钙钛矿薄膜前驱体进行热压处理得到所述钙钛矿薄膜。

作为本发明优选的技术方案，所述喷涂的流量为0.6～1.3mL/min，如0.6mL/min、0.7mL/min、0.8mL/min、0.9mL/min、1.0mL/min、1.1mL/min、1.2mL/min或1.3mL/min等，但并不仅限于列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，不同流速之间的流速差小于等于0.20mL/min，如0.01mL/min、0.02mL/min、0.05mL/min、0.10mL/min、0.12mL/min、0.15mL/min、0.18mL/min或0.20mL/min等，但并不仅限于列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

本发明中，不同流速间的流速差应控制在0.20mL/min以内，差值过大会导致之前喷涂的薄膜被完全溶解从而无法进行热压处理。