一種鈣鈦礦太陽能電池光吸收層材料甲基胺溴化鉛的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于太陽能電池材料制備領域，涉及一種高結晶度鈣鈦礦太陽能電池吸收層材料甲基胺溴化鉛的制備方法，特別是涉及一種采用脈沖電磁場輔助溶液法制備高結晶度鈣鈦礦太陽能電池吸收層材料甲基胺溴化鉛的方法。
【背景技術】
[0002]隨著能源枯竭及環境惡化，人們急需尋找一種可替代傳統化石能源的新型清潔能源，太陽能具有可持續性與無污染等優勢，是世界各國可持續發展能源戰略的重要組成部分，太陽能電池是目前利用太陽能的主要手段。目前太陽能電池多以第二代的單晶硅或多晶硅太陽能電池為主，該電池存在生產周期長、成本高，同時在晶硅制備過程中存在能耗較高及環境污染等問題。鈣鈦礦太陽能電池是一種新型的太陽能電池，該電池原理有別于傳統的基于Pn結的晶硅及薄膜電池，具有高效率、低成本、簡單制備等優點，同時其電池效率不斷快速提升，由2009年鈣鈦礦太陽能電池的電池效率為3.8%提升至2015年鈣鈦礦太陽能電池的電池效率為20.2%，鈣鈦礦太陽能電池是一種極具發展潛力的新型太陽能電池。
[0003]有機無機雜化鈣鈦礦材料是鈣鈦礦太陽能電池的重要組成部分，充當電池的光吸收層部分，具有雙極性(電子和空穴)傳輸功能。鈣鈦礦太陽能電池的光吸收層通常采用具有ABX3的鈣鈦礦結構的甲基胺碘化鉛(CH3NH3PbI3)或甲基胺溴化鉛(CH3NH3PbBr3)，其來源廣泛、原料價格低廉并可制備柔性電池。目前，制備鈣鈦礦材料的方法主要有溶液法和共蒸發法，但是單一的溶液法很難獲得高結晶度的鈣鈦礦吸收層，共蒸發法雖能夠獲得高結晶度的鈣鈦礦吸收層，但制備成本價偏高，以上問題造成了鈣鈦礦電池無法大規模商業化生產。因此如何獲得低成本、高結晶質量鈣鈦礦吸收層是目前鈣鈦礦太陽能電池研宄的重點。
【發明內容】
[0004]本發明要解決的技術問題是提供一種高結晶度鈣鈦礦太陽能電池吸收層材料甲基胺漠化鉛的制備方法，該方法制備工藝簡單，制備成本低廉，可提尚廣品的結晶度。
[0005]本發明的技術解決方案是:
一種高結晶度鈣鈦礦太陽能電池吸收層材料甲基胺溴化鉛的制備方法，其具體步驟如下:
(1)清洗基片以FTO導電玻璃作為基片，用丙酮和無水乙醇清洗后，再用去離子水沖洗干凈，烘干；
(2)配制反應溶液
將固體甲基溴化銨(CH3NH3Br)和固體溴化亞鉛(PbBr2)進行混合，加入到N，N-二甲基甲酰胺(DMF)溶劑中，攪拌均勻，得到反應溶液，所述甲基溴化銨與溴化亞鉛的摩爾比為1:2?2:1，所述甲基溴化銨與N，N- 二甲基甲酰胺的摩爾體積比為l:lmol/L?l:2mol/L ； (3)脈沖電磁場處理
將步驟(2)配制好的反應溶液倒入容器中，施加脈沖電磁場進行處理反應溶液，施加脈沖時間2min?3min，脈沖電壓為500v?700v，脈沖頻率為3Hz?5Hz ；
(4)旋涂成膜
將經脈沖處理的反應溶液滴加在導電玻璃基片上，分別進行低速旋涂和高速旋涂，形成一層厚度為500nm?800nm的媽鈦礦薄膜，其中，低速旋涂的轉數為800r/min?1200r/min，旋涂時間為20s?30s ;高速旋涂的轉數為2500r/min?3500r/min，旋涂時間為30s?40s ；
(5)退火處理
將步驟(4)中的旋涂好的液態膜放入真空干燥箱中，加熱至70°C?80°C，保溫20min?30min，得到甲基胺溴化鉛薄膜。
[0006]所述FTO導電玻璃的厚度為3mm?5mm。
[0007]清洗FTO導電玻璃基片時，先在丙酮中超聲清洗1min?20min，再在無水乙醇中清洗 1min ?20mino
[0008]本發明的有益效果:
(I)、采用脈沖電磁技術制備的甲基胺溴化鉛有機無機雜化材料具有結晶度高、純度高、致密性的優點；通過熱重分析數據顯示經過脈沖處理后的甲基胺溴化鉛有機無機雜化材料分解溫度從375°C提高到381 °C，紫外可見分光計數據顯示吸光寬度從300nm-674nm提高到300nm-685nm，該材料具有更好的穩定性和光吸收性能，組裝成媽鈦礦太陽能電池，有利于提高電池效率和穩定性。
[0009](2)、脈沖電磁場技術能耗低、系統操作簡單、運行費用低、設備占地面積小、參數易調節、對其所處理的對象以及周圍環境沒有污染，是一種比較清潔環保的處理方法；采用脈沖電磁場處理后，極大的縮短了退火處理的保溫時間，退火處理的保溫時間僅為未采用脈沖電磁場處理的1/6，從而縮短了產品的生產周期，節約能源，有利于工業化生產。
【附圖說明】
[0010]圖1是本發明(對應實施例1?實施例3)制備的甲基胺溴化鉛(CH3NH3PbBr3)雜化材料的XRD圖譜；
圖2是采用普通的液相法(對應對比例I)制備的甲基胺溴化鉛(CH3NH3PbBr3)雜化材料的XRD圖譜。
【具體實施方式】
[0011]實施例1
(1)清洗基片
以厚度為3mm的FTO導電玻璃作為基片，先在丙酮中超聲清洗lOmin，再在無水乙醇中清洗lOmin，最后用去離子水沖洗干凈，烘干；
(2)配制反應溶液
取0.0lmol的固體甲基溴化銨(CH3NH3Br)和0.02mol固體溴化亞鉛(PbBr2)，加入20mL的N，N-二甲基甲酰胺(DMF)溶液，攪拌至固體粉末全部溶解，得到反應溶液； (3)脈沖電磁場處理
將步驟(2)配制好的反應溶液倒入燒杯中，將反應溶液施加脈沖電壓為500v，電脈沖頻率為3Hz的脈沖電磁場處理3min ；
(4)旋涂成膜
將經脈沖處理的反應溶液滴加在導電玻璃基片上，用勻膠機分別進行低速旋涂和高速旋涂，形成一層厚度為500nm?600nm的媽鈦礦薄膜，其中，低速旋涂的轉數為800r/min，旋涂時間為30s ;高速旋涂的轉數為2500r/min，旋涂時間為40s ；
(5)退火處理
將步驟(4)中的旋涂好的液態膜放入真空干燥箱中，加熱至70°C，保溫20min，得到甲基胺溴化鉛(CH3NH3PbBr3)薄膜，其XRD圖譜如圖1所示，由圖可知，明顯發現衍射峰強度較高，其中主要衍射面(110)和(220)的衍射峰相對強度約為11000?14000 ;通過XRD計算可知，其晶粒尺寸約為96nm ;通過熱重分析，其分解溫度為381°C ;經紫外可見分光計檢測，其示吸光寬度為300nm-685nmo
[0012]實施例2
(1)清洗基片
以厚度為4mm的FTO導電玻璃作為基片，先在丙酮中超聲清洗15min，再在無水乙醇中清洗15min，最后用去離子水沖洗干凈，烘干；
(2)配制反應溶液
取0.0lmol的固體甲基溴化銨(CH3NH3Br)和0.0lmol的固體溴化亞鉛(PbBr2)，加入15!^的隊