有機鈣鈦礦薄膜制備裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于薄膜制備裝置，更具體地說，涉及一種有機鈣鈦礦薄膜制備裝置。
【背景技術】
[0002]有機鈣鈦礦薄膜太陽電池由于其高效、制備簡單等優(yōu)點成為研究重點，并且逐步朝實用化發(fā)展。而有機鈣鈦礦薄膜(CH3NH3PbI3)作為該類太陽電池的光吸收層，其薄膜質量的好壞影響整個電池的性能。但是該類型有機太陽電池在研制中還存在許多問題，比如薄膜結晶質量，表面平整性，薄膜化學穩(wěn)定性，以及提高光電轉換效率等。目前提高有機鈣鈦礦薄膜的主要方法是在薄膜制備過程中添加有機化學修飾劑，比如在有機鈣鈦礦前驅液中加入助膜劑，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I丐欽礦薄I旲質量，提尚薄I旲覆蓋率，進而提尚太陽電池效率。但是米用添加化學修飾劑的方法會增加成本，同時方法單一，對太陽電池效率提升效果有限。
【實用新型內容】
[0003]本實用新型的目的是克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種結構合理，提升質量的有機鈣鈦礦薄膜制備裝置及方法。
[0004]這種有機鈣鈦礦薄膜制備裝置，包括加熱平臺、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;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表面，樣品放置在下電極表面，加熱平臺控制加熱溫度，靜電發(fā)生器與上電極與下電極間距共同調節(jié)靜電場強度。
[0006]本實用新型的有益效果是:
[0007]1)制備過程簡單，所需設備易操作、結構簡單，制備出的有機鈣鈦礦薄膜結晶質量高，表面平整。
[0008]2)在薄膜固化結晶階段，施加靜電場，與現(xiàn)有薄膜制備技術兼容，技術推廣容易，無需大規(guī)模改變現(xiàn)有薄膜制備技術。因此，該薄膜制備技術在有機太陽電池制備領域具有潛在推廣價值。
【附圖說明】
[0009]圖1是本實用新型涉及的靜電場與加熱裝置結構示意圖；
[0010]圖2是本實用新型具體實施例中不同靜電場強度制備薄膜的熒光光譜數(shù)據(jù)；
[0011]圖3是本實用新型具體實施例中薄膜熒光強度與施加靜電場強度之間的關系；
[0012]附圖標記說明:加熱平臺1、上電極21、下電極22、靜電發(fā)生器3。
【具體實施方式】
[0013]下面結合附圖和實施例對本實用新型做進一步描述。雖然本實用新型將結合較佳實施例進行描述，但應知道，并不表示本實用新型限制在所述實施例中。相反，本實用新型將涵蓋可包含在有附后權利要求書限定的本實用新型的范圍內的替換物、改進型和等同物。
[0014]本實用新型的操作過程如下:
[0015]1)有機鈣鈦礦薄膜的制備:
[0016]有機鈣鈦礦薄膜采用旋涂方法，將有機鈣鈦礦前驅液旋涂在襯底表面。首先將襯底加熱至60?80°C，然后迅速轉移至旋涂儀。旋涂轉速為1500?2000rpm，旋涂時間為15?25s。將表面旋涂有有機鈣鈦礦前驅液的襯底迅速轉移至加熱平臺，進行下一步退火固化結晶Ο
[0017]2)利用外加靜電場調控在有機鈣鈦礦薄膜結晶過程:
[0018]將旋涂有機鈣鈦礦前驅液的襯底放置到外電場裝置中進行退火固化處理。外電場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的功能?？刂埔r底加熱溫度70?100°C，調節(jié)襯底表面靜電場強度0?5000V/cm，加熱時間控制在15?45分鐘。加熱完畢后，將襯底取出，自然冷卻至室溫，即得到有機鈣鈦礦薄膜。
[0019]本實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，包括加熱平臺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。
[0020]上電極21與下電極22保持絕緣，其間距可以調節(jié)，并在兩電極之間形成均勻靜電場。
[0021]下電極22緊貼加熱平臺1，也可直接將加熱平臺1表面作為下電極22。將樣品放置在下電極22表面，進行加熱處理與施加靜電場。
[0022]實施例1:
[0023]取3ml N，N_二甲基甲酰胺(DMF)溶液，加0.463gPbCl2，加熱至70°C，在氮氣氛圍下攪拌2小時。加入1.426g甲基碘化胺(CH3NH3I)，繼續(xù)攪拌24小時，最終形成以DMF為基底的CH3NH3PbI3 前驅液。
[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，用氮氣吹干，然后在烘箱中烘干。在旋涂前驅液之前，現(xiàn)將FT0襯底在60°C加熱5分鐘，然后轉移至旋涂儀中。采用旋涂法制備有機鈣鈦礦薄膜，旋涂速度2000rpm，旋涂時間20s。旋涂結束后，在襯底表面形成一層未固化結晶的有機鈣鈦礦薄膜層。
[0025]設定加熱臺溫度，使下電極22表面溫度為70°C。將旋涂有機鈣鈦礦前驅液的襯底放置在下電極22表面，然后施加靜電場，使襯底處于均勻靜電場環(huán)境退火固化。退火固化時間為30分鐘，最終得到有機鈣鈦礦薄膜。靜電場強度從OV/cm到4000V/cm，通過測量有機鈣鈦礦薄膜的熒光光譜，發(fā)現(xiàn)靜電場能夠有效的薄膜結晶質量，提高薄膜中載流子的輻射復合效率與壽命，如圖2所示。當靜電場強度在1000?3000V/cm時，效果最好，繼續(xù)增加場強，熒光效率迅速降低，如圖3所示。
[0026]本實用新型的原理為:將有機鈣鈦礦前驅液旋涂在襯底上，在固化結晶階段在襯底表面施加外加電場，利用靜電場調控晶體固液相的吉布斯自由能，進而提高有機鈣鈦礦薄膜的結晶質量。利用物理方法調控薄膜結晶質量，晶粒大小，以及其光電性質。在薄膜結晶階段，外加靜電場可以改變其吉布斯自由能和溶劑的粘滯系數(shù)，減緩結晶速率，增大晶粒尺寸，提高薄膜結晶質量與改善表面形貌。
【主權項】
1.一種有機鈣鈦礦薄膜制備裝置，其特征在于:包括加熱平臺(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;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)權利要求1所述的有機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(1)表面，樣品放置在下電極(22)表面，加熱平臺(1)控制加熱溫度，靜電發(fā)生器(3)與上電極(21)與下電極(22)間距共同調節(jié)靜電場強度。
【專利摘要】本實用新型公開了一種有機鈣鈦礦薄膜制備裝置，包括加熱平臺、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；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。本實用新型的有益效果是：1)制備過程簡單，所需設備易操作、結構簡單，制備出的有機鈣鈦礦薄膜結晶質量高，表面平整。2)在薄膜固化結晶階段，施加靜電場，與現(xiàn)有薄膜制備技術兼容，技術推廣容易，無需大規(guī)模改變現(xiàn)有薄膜制備技術。因此，該薄膜制備技術在有機太陽電池制備領域具有潛在推廣價值。
【IPC分類】C30B7/14, C30B30/02
【公開號】CN205133787
【申請?zhí)枴緾N201520877812
【發(fā)明人】蔡春鋒, 畢崗
【申請人】浙江大學城市學院
【公開日】2016年4月6日
【申請日】2015年11月5日