本發明屬于鈣鈦礦薄膜制作技術領域，具體涉及一種在制備鈣鈦礦ch3nh3pbi3薄膜過程中使鈣鈦礦常溫加電流結晶的方法。

背景技術：

近年來鈣鈦礦材料已成為材料科學研究領域的熱點之一，其由于具有較高的載流子遷移率、強的光吸收能力、較高的發光效率、擴散距離長、制作成本低等優點，引起廣泛關注。它可應用在電子器件和光電子器件等方面，如鈣鈦礦發光二極管、光電探測器、太陽能電池等。目前鈣鈦礦薄膜制備方法很多，例如：溶液法、雙源共蒸發法、連續沉積法以及蒸汽輔助溶液法等。但是，這些方法制作工藝較復雜，可控因素多，所制作器件的重復性較差，并且都需要退火步驟。如溶液法是先將鈣鈦礦前驅液旋涂在襯底上，然后進一步將鈣鈦礦薄膜在高純n2氣氛的手套箱中100℃退火10分鐘，使鈣鈦礦薄膜進一步結晶并長大。然而在手套箱n2氣氛中退火，增加了制作成本。

技術實現要素：

本發明的目的在于解決上述溶液法中需將鈣鈦礦ch3nh3pbi3薄膜在手套箱n2氣氛中退火的問題，提供一種不需要退火，直接在空氣中使鈣鈦礦ch3nh3pbi3前驅液快速結晶制備鈣鈦礦ch3nh3pbi3薄膜的方法。

解決上述技術問題所采用的技術方案是：將鈣鈦礦ch3nh3pbi3前驅液滴于清洗干凈的fto導電玻璃上，并用刮涂儀進行常溫刮涂；刮涂結束后，將電極置于fto導電玻璃兩端的鈣鈦礦ch3nh3pbi3前驅液上，使用恒流電源給鈣鈦礦ch3nh3pbi3前驅液通電，電源電壓為10～20v、電流大小為3～9ma，通電時間為30～60秒得到鈣鈦礦ch3nh3pbi3薄膜。

上述方法中，優選電源電壓為10～20v、電流大小為5～7ma，通電時間為30～60秒。

上述的鈣鈦礦ch3nh3pbi3前驅液是將ch3nh3i與pbi2按摩爾比為1:1加入二甲基甲酰胺中，得到的1.0～1.5mol/l的ch3nh3pbi3溶液。

本發明在鈣鈦礦ch3nh3pbi3前驅液常溫刮涂結束后，將電極置于襯底兩端的鈣鈦礦ch3nh3pbi3前驅液上，使用恒流電源給鈣鈦礦ch3nh3pbi3前驅液通電，使鈣鈦礦ch3nh3pbi3前驅液在電流的作用下結晶，即可得到鈣鈦礦ch3nh3pbi3薄膜。本發明操作簡單，刮涂過程不需要加熱，只需施加電流即可使鈣鈦礦ch3nh3pbi3前驅液快速結晶，刮涂后也不需要退火，降低了制作成本。

附圖說明

圖1是電流作用制備鈣鈦礦ch3nh3pbi3薄膜的裝置結構示意圖，圖中1為玻璃襯底、2為fto導電層、3為鈣鈦礦ch3nh3pbi3前驅液、4為電極、5為電流表、6為恒流電源。

圖2是恒流電源電壓為14v、電流大小為3.94ma時制備的鈣鈦礦ch3nh3pbi3薄膜的xrd衍射圖。

圖3是恒流電源電壓為14v、電流大小為4.96ma時制備的鈣鈦礦ch3nh3pbi3薄膜的xrd衍射圖。

圖4是恒流電源電壓為14v、電流大小為5.92ma時制備的鈣鈦礦ch3nh3pbi3薄膜的xrd衍射圖。

圖5是恒流電源電壓為14v、電流大小為6.95ma時制備的鈣鈦礦ch3nh3pbi3薄膜的xrd衍射圖。

圖6是恒流電源電壓為14v、電流大小為7.93ma時制備的鈣鈦礦ch3nh3pbi3薄膜的xrd衍射圖。

圖7是鈣鈦礦ch3nh3pbi3晶面(110)、(220)和(310)衍射峰的平均強度。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明進一步詳細說明，但本發明的保護范圍不僅限于這些實施例。

實施例1

將尺寸為2.5cm×2.5cm的fto導電玻璃用無水乙醇擦拭后，依次用無水乙醇、丙酮、異丙醇、無水乙醇各超聲清洗30mins，去除表面有機物殘留。將0.3816g(0.0024mol)ch3nh3i與1.1064g(0.0024mol)pbi2加入2ml二甲基甲酰胺中，攪拌至溶液澄清，得到1.2mol/l的ch3nh3pbi3溶液，即鈣鈦礦ch3nh3pbi3前驅液。如圖1所示，用移液槍取鈣鈦礦ch3nh3pbi3前驅液40μl，滴于上述清洗后的fto導電玻璃上并用刮涂儀進行常溫刮涂，設置刮涂速度為1000mm/min。刮涂結束后，將電極置于fto導電玻璃兩端的鈣鈦礦ch3nh3pbi3前驅液上，使用恒流電源給鈣鈦礦ch3nh3pbi3前驅液通電，電源電壓為14v、電流大小為3.94ma，通電時間為40秒，得到鈣鈦礦ch3nh3pbi3薄膜。如圖2所示，在角度為14°、28°和32°處出現了鈣鈦礦ch3nh3pbi3晶面(110)、(220)和(310)的衍射峰，其相對強度分別為80、140、50。

實施例2

本實施例中，電源電壓為14v、電流大小為4.96ma，其他條件與實施例1相同，得到鈣鈦礦ch3nh3pbi3薄膜。如圖3所示，在角度為14°、28°和32°處出現了鈣鈦礦ch3nh3pbi3晶面(110)、(220)和(310)的衍射峰，其相對強度分別為130、150、90。

實施例3

本實施例中，電源電壓為14v、電流大小為5.92ma，其他條件與實施例1相同，得到鈣鈦礦ch3nh3pbi3薄膜。如圖4所示，在角度為14°，28°和32°時出現了鈣鈦礦ch3nh3pbi3晶面(110)、(220)和(310)的衍射峰，其相對強度分別為140、150、70。

實施例4

本實施例中，電源電壓為14v、電流大小為6.95ma，其他條件與實施例1相同，得到鈣鈦礦ch3nh3pbi3薄膜。如圖5所示，在角度為14°、28°和32°時出現了鈣鈦礦ch3nh3pbi3晶面(110)、(220)和(310)的衍射峰，其相對強度分別為250、225、60。

實施例5

本實施例中，電源電壓為14v、電流大小為7.93ma，其他條件與實施例1相同，得到鈣鈦礦ch3nh3pbi3薄膜。如圖6所示，在角度為14°、28°和32°時出現了鈣鈦礦ch3nh3pbi3晶面(110)、(220)和(310)的衍射峰，其相對強度分別為160、150、70。

由上述圖2～6的xrd表征結果說明，鈣鈦礦ch3nh3pbi3前驅液在電流作用下可以快速結晶，形成鈣鈦礦ch3nh3pbi3薄膜。由圖7可見，電流小于3ma時鈣鈦礦活性層ch3nh3pbi3基本不結晶，電流大小為3ma～7ma時，隨著電流的增大鈣鈦礦ch3nh3pbi3薄膜的結晶性變好，而電流為7ma～9ma時由于電流過大，鈣鈦礦的結晶又會變差。因此本發明通過橫向電流法可以控制鈣鈦礦薄膜的結晶性。

技術特征：

技術總結
本發明公開了一種用橫向電流制備鈣鈦礦CH3NH3PbI3薄膜的方法，該方法在鈣鈦礦CH3NH3PbI3前驅液常溫刮涂結束后，將電極置于襯底兩端的鈣鈦礦CH3NH3PbI3前驅液上，使用恒流電源給鈣鈦礦CH3NH3PbI3前驅液通電，使鈣鈦礦CH3NH3PbI3前驅液在電流的作用下結晶，即可得到鈣鈦礦CH3NH3PbI3薄膜。本發明操作簡單，刮涂過程不需要加熱，只需施加電流即可使鈣鈦礦CH3NH3PbI3前驅液快速結晶，刮涂后也不需要退火，降低了制作成本。

技術研發人員：高斐;雷婕;王昊旭;姜杰軒;李娟;胡西紅
受保護的技術使用者：陜西師范大學
技術研發日：2017.05.11
技術公布日：2017.09.01