一种钙钛矿薄膜制备方法和钙钛矿薄膜制备装置与流程

1.本发明涉及钙钛矿薄膜制备技术领域，尤其涉及一种钙钛矿薄膜制备方法和钙钛矿薄膜制备装置。


背景技术：

2.目前，钙钛矿薄膜的生产效率较低，无法实现钙钛矿薄膜的产业化。
3.因此，如何提高钙钛矿薄膜的生产效率，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种钙钛矿薄膜制备方法，以提高钙钛矿薄膜的生产效率。
5.为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
6.一种钙钛矿薄膜制备方法，包括步骤：
7.s1：通过卷对卷设备将需要制备钙钛矿膜层的基底浸入钙钛矿无机成分前驱体溶液中，以在基底上进行第一次化学沉积；
8.s2：通过卷对卷设备将步骤s1中沉积有钙钛矿无机成分前驱体溶液的基底输送至第一加热组件，通过所述第一加热组件将沉积有钙钛矿无机成分前驱体溶液的基底进行加热固化，得到无机成分固化薄膜；
9.s3：通过卷对卷设备将步骤s2中得到的无机成分固化薄膜浸入钙钛矿有机成分前驱体溶液中，以在无机成分固化薄膜上进行第二次化学沉积；
10.s4：通过卷对卷设备将步骤s3中形成的沉积有钙钛矿有机成分前驱体溶液的基底输送至第二加热组件，通过所述第二加热组件将沉积有钙钛矿有机成分前驱体溶液的基底进行加热固化，形成钙钛矿薄膜。
11.可选地，在上述钙钛矿薄膜制备方法中，所述钙钛矿无机成分前驱体溶液包括卤化铅(pbx2)溶液，所述卤化铅(pbx2)溶液的溶剂包括n,n-二甲基甲酰胺(dmf)、二甲基亚砜(dmso)、n,n-二甲基丙烯基脲(dmpu)、γ-丁内酯(gbl)和2-甲氧基乙醇(2-me)中的一种或者多种；
12.所述有机成分前驱体溶液包括甲脒氢卤酸盐(fax)溶液或甲基卤化胺(max)溶液，所述甲脒氢卤酸盐(fax)溶液和所述甲基卤化胺(max)溶液的溶剂包括异丙醇(ipa)。
13.可选地，在上述钙钛矿薄膜制备方法中，在所述步骤s1中，通过第一超声处理模块消除所述钙钛矿无机成分前驱体溶液中的气泡；
14.和/或，所述步骤s3中，通过第二超声处理模块消除所述钙钛矿无机成分前驱体溶液中的气泡。
15.可选地，在上述钙钛矿薄膜制备方法中，在所述步骤s1，通过第一液位检测元件检测钙钛矿无机成分前驱体溶液的剩余量；
16.和/或，所述步骤s3中，通过第二液位检测元件检测钙钛矿有机成分前驱体溶液的剩余量。
17.可选地，在上述钙钛矿薄膜制备方法中，所述步骤s1和步骤s2之间还包括步骤s1-1：通过刮刀将所述基底上的多余钙钛矿无机成分前驱体溶液进行刮除。
18.可选地，在上述钙钛矿薄膜制备方法中，所述第一加热组件和/或所述第二加热组件通过红外加热元件进行加热；
19.和/或，所述步骤s2中，通过温度控制器对所述钙钛矿无机成分前驱体溶液的温度进行调节控制。
20.一种钙钛矿薄膜制备装置，用于如上所述的钙钛矿薄膜制备方法，所述钙钛矿薄膜制备装置包括：
21.第一容器，所述第一容器中填充有钙钛矿无机成分前驱体溶液；
22.第二容器，所述第二容器中填充有钙钛矿有机成分前驱体溶液；
23.第一加热组件，设置于所述第一容器和所述第二容器之间；
24.第二加热组件，设置于所述第二容器远离所述第一容器的一侧；
25.卷对卷设备；
26.其中，所述卷对卷设备的滚轮依次设置在所述第一容器的入口位置、所述第一容器的钙钛矿无机成分前驱体溶液中、所述第一容器的出口位置、所述第二容器的入口位置、所述第二容器的钙钛矿有机成分前驱体溶液中和所述第二容器的出口位置，以及所述第二加热组件远离所述第二容器的一侧，以形成连续的薄膜制备生产线。
27.可选地，在上述钙钛矿薄膜制备装置中，所述第一容器内设置有第一超声处理模块；
28.和/或，所述第二容器内设置有第二超声处理模块。
29.可选地，在上述钙钛矿薄膜制备装置中，所述第一容器中还设置有第一液位检测元件；
30.和/或，所述第二容器中还设置有第二液位检测元件。
31.可选地，在上述钙钛矿薄膜制备装置中，所述第一容器和所述第一加热组件之间设置有刮刀，所述刮刀用于将所述基底上的多余钙钛矿无机成分前驱体溶液进行刮除。
32.应用本发明所提供的钙钛矿薄膜制备方法时，首先通过卷对卷设备将需要制备钙钛矿膜层的基底浸入钙钛矿无机成分前驱体溶液中，以在基底上进行第一次化学沉积；然后通过卷对卷设备将第一次化学沉积过程中形成的沉积有钙钛矿无机成分前驱体溶液的基底输送至第一加热组件，通过所述第一加热组件将沉积有钙钛矿无机成分前驱体溶液的基底进行加热固化，得到无机成分固化薄膜；再通过卷对卷设备将上述无机成分固化薄膜浸入钙钛矿有机成分前驱体溶液中，以在无机成分固化薄膜上进行第二次化学沉积；最后，通过卷对卷设备将第二次化学沉积过程中形成的沉积有钙钛矿有机成分前驱体溶液的基底输送至第二加热组件，通过所述第二加热组件将沉积有钙钛矿有机成分前驱体溶液的基底进行加热固化，形成钙钛矿薄膜。
33.由此可见，本发明通过卷对卷设备将两次化学沉积和加热固化集成在一个连续的薄膜制备生产线上，使得化学沉积和加热固化连续进行，有利于提高钙钛矿薄膜的生产效率，实现钙钛矿薄膜的产业化。
附图说明
34.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
35.图1为本发明实施例所提供的一种钙钛矿薄膜制备方法的流程示意图；
36.图2为本发明实施例所提供的一种钙钛矿薄膜制备装置的结构示意图。
37.其中，100为第一容器，101为钙钛矿无机成分前驱体溶液，102为第一超声处理模块，103为第一液位检测元件，104为第一补液口，105为第一排液口，200为第二容器，201为钙钛矿有机成分前驱体溶液，202为第二超声处理模块，203为第二液位检测元件，300为第一加热组件，400为第二加热组件，500为卷对卷设备，600为刮刀。
具体实施方式
38.有鉴于此，本发明的核心在于提供一种钙钛矿薄膜制备方法，以提高钙钛矿薄膜的生产效率。
39.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
40.如图1至图2所示，本发明实施例公开了一种钙钛矿薄膜制备方法，包括步骤：
41.s1：通过卷对卷设备500将需要制备钙钛矿膜层的基底浸入钙钛矿无机成分前驱体溶液101中，以在基底上进行第一次化学沉积，在基底上沉积钙钛矿无机成分前驱体溶液101。
42.s2：通过卷对卷设备500将步骤s1中沉积有钙钛矿无机成分前驱体溶液101的基底输送至第一加热组件300，通过第一加热组件300将沉积有钙钛矿无机成分前驱体溶液101的基底进行加热固化，以得到无机成分固化薄膜。
43.s3：通过卷对卷设备500将步骤s2中得到的无机成分固化薄膜浸入钙钛矿有机成分前驱体溶液201中，以在无机成分固化薄膜上进行第二次化学沉积，在无机成分固化薄膜上沉积钙钛矿有机成分前驱体溶液201。
44.s4：通过卷对卷设备500将步骤s3中形成的沉积有钙钛矿有机成分前驱体溶液201的基底输送至第二加热组件400，通过第二加热组件400将沉积有钙钛矿有机成分前驱体溶液201的基底进行加热固化，形成钙钛矿薄膜。
45.应用本发明所提供的钙钛矿薄膜制备方法时，首先通过卷对卷设备500将需要制备钙钛矿膜层的基底浸入钙钛矿无机成分前驱体溶液101中，以在基底上进行第一次化学沉积；然后通过卷对卷设备500将第一次化学沉积过程中形成的沉积有钙钛矿无机成分前驱体溶液101的基底输送至第一加热组件300，通过所述第一加热组件300将沉积有钙钛矿无机成分前驱体溶液101的基底进行加热固化，得到无机成分固化薄膜；再通过卷对卷设备500将上述无机成分固化薄膜浸入钙钛矿有机成分前驱体溶液201中，以在无机成分固化薄膜上进行第二次化学沉积；最后，通过卷对卷设备500将第二次化学沉积过程中形成的沉积
有钙钛矿有机成分前驱体溶液201的基底输送至第二加热组件400，通过所述第二加热组件400将沉积有钙钛矿有机成分前驱体溶液201的基底进行加热固化，形成钙钛矿薄膜。
46.由此可见，本发明通过卷对卷设备500将两次化学沉积和加热固化集成在一个连续的薄膜制备生产线上，使得化学沉积和加热固化连续进行，有利于提高钙钛矿薄膜的生产效率，实现钙钛矿薄膜的产业化。
47.进一步地，钙钛矿无机成分前驱体溶液101包括卤化铅pbx2溶液，pbx2中的x代表的是碘i、氯cl或者溴br等卤素，卤化铅pbx2溶液的溶剂包括n,n-二甲基甲酰胺(dmf)、二甲基亚砜(dmso)、n,n-二甲基丙烯基脲(dmpu)、γ-丁内酯(gbl)和2-甲氧基乙醇2-me中的一种或者多种；有机成分前驱体溶液包括甲脒氢卤酸盐fax溶液或甲基卤化胺max溶液，其中，x代表的是碘i、氯cl或者溴br等卤素，甲脒氢卤酸盐fax溶液和甲基卤化胺max溶液的溶剂包括异丙醇(ipa)等，以制备钙钛矿薄膜。
48.另外，在上述步骤s1中，通过第一超声处理模块102消除钙钛矿无机成分前驱体溶液101中的气泡，和/或，步骤s3中，通过第二超声处理模块202消除钙钛矿无机成分前驱体溶液101中的气泡，以便于使溶质分散更加均匀，进而提高钙钛矿成膜结晶形核的均匀性，提高薄膜质量。
49.本发明所提供的用于盛放钙钛矿无机成分前驱体溶液101的第一容器100上设置有第一补液口104和第一排液口105，以满足钙钛矿无机成分前驱体溶液101的补液需求和排液需求，第二容器200上设置有第二补液口和第二排液口，以满足钙钛矿有机成分前驱体溶液201的补液需求和排液需求；同时，在上述步骤s1中，通过第一液位检测元件103检测钙钛矿无机成分前驱体溶液101的剩余量，以在钙钛矿无机成分前驱体溶液101的剩余量不足时，通过第一补液口104及时补充钙钛矿无机成分前驱体溶液101，保证连续生产，提高生产效率；和/或，步骤s3中，通过第二液位检测元件203检测钙钛矿有机成分前驱体溶液201的剩余量，以在钙钛矿有机成分前驱体溶液201的剩余量不足时，通过第二补液口及时补充钙钛矿有机成分前驱体溶液201，保证连续生产，提高生产效率。
50.更进一步地，步骤s1和步骤s2之间还包括步骤s1-1：通过刮刀600将基底上的多余钙钛矿无机成分前驱体溶液101进行刮除，以刮除掉多余的钙钛矿无机成分前驱体溶液101。
51.上述第一加热组件300和/或第二加热组件400通过红外加热元件进行加热，具有较快的加热速度，便于提高生产效率。
52.需要说明的是，上述第一加热组件300和/或第二加热组件400也可以通过电阻加热或者感应加热等方式，本发明对第一加热组件300和第二加热组件400的加热方式不作具体限定，只要是能够满足加热需求的方式均属于本发明保护范围内。
53.在上述步骤s2中，用于盛放钙钛矿无机成分前驱体溶液的第一容器内还设置有温度控制器，以通过温度控制器对钙钛矿无机成分前驱体溶液进行加热调温，适应不同浓度的钙钛矿无机成分前驱体溶液的溶解需求和其他工艺温度要求。
54.另外，在本发明所提供的钙钛矿薄膜制备方法中，在步骤s1中，可以通过调节钙钛矿无机成分前驱体溶液101的浓度、卷对卷设备500的跑膜速度和后端刮刀600与基底的间隙和相对速度，以及刮刀600刮膜前的等待时间等工艺参数，调节成膜质量和厚度等性质；在步骤s2中，可以通过调节第一加热组件300与基底的相对距离，第一加热组件300的热量
辐射区域大小和加热功率等，调节加热温度，从而控制成膜质量；在步骤s3中，可以通过调节钙钛矿有机成分前驱体溶液201的浓度、卷对卷设备500的跑膜速度和基片浸泡长度等工艺参数，调控此阶段反应速率，进而控制成膜质量；在步骤s4中，可以通过调节第二加热组件400与基底的相对距离，第二加热组件400的热量辐射区域大小和加热功率等，调节加热温度，从而控制成膜质量。
55.此外，本发明还公开了一种钙钛矿薄膜制备装置，用于如上所述的钙钛矿薄膜制备方法中，该钙钛矿薄膜制备装置包括第一容器100、第二容器200、第一加热组件300、第二加热组件400和卷对卷设备500。
56.其中，第一容器100中填充有钙钛矿无机成分前驱体溶液101；第二容器200中填充有钙钛矿有机成分前驱体溶液201；第一加热组件300设置于第一容器100和第二容器200之间；第二加热组件400设置于第二容器200远离第一容器100的一侧；卷对卷设备500的滚轮依次设置在第一容器100的入口位置、第一容器100的钙钛矿无机成分前驱体溶液101中、第一容器100的出口位置、第二容器200的入口位置、第二容器200的钙钛矿有机成分前驱体溶液201中和第二容器200的出口位置，以及第二加热组件400远离第二容器200的一侧，以形成连续的薄膜制备生产线。
57.应用本发明所提供的钙钛矿薄膜制备装置时，首先通过卷对卷设备500将需要制备钙钛矿膜层的基底浸入第一容器100中的钙钛矿无机成分前驱体溶液101中，以在基底上进行第一次化学沉积；然后通过卷对卷设备500将第一次化学沉积过程中形成的沉积有钙钛矿无机成分前驱体溶液101的基底输送至第一加热组件300，通过所述第一加热组件300将沉积有钙钛矿无机成分前驱体溶液101的基底进行加热固化，得到无机成分固化薄膜；再通过卷对卷设备500将上述无机成分固化薄膜浸入第二容器200中的钙钛矿有机成分前驱体溶液201中，以在无机成分固化薄膜上进行第二次化学沉积；最后，通过卷对卷设备500将第二次化学沉积过程中形成的沉积有钙钛矿有机成分前驱体溶液201的基底输送至第二加热组件400，通过所述第二加热组件400将沉积有钙钛矿有机成分前驱体溶液201的基底进行加热固化，形成钙钛矿薄膜。
58.由此可见，本发明通过卷对卷设备500将两次化学沉积和加热固化集成在一个连续的薄膜制备生产线上，使得化学沉积和加热固化连续进行，有利于提高钙钛矿薄膜的生产效率，实现钙钛矿薄膜的产业化。
59.进一步地，第一容器100内设置有第一超声处理模块102；和/或，第二容器200内设置有第二超声处理模块202，以通过第一超声处理模块102和第二超声处理模块202分别对第一容器100和第二容器200中的溶液进行超声处理，消除溶液中的气泡，使溶质分散更加均匀，进而提高钙钛矿成膜结晶形核的均匀性，提高薄膜质量。
60.另外，第一容器100的侧壁设置有第一补液口104和第一排液口105，以满足钙钛矿无机成分前驱体溶液101的补液需求和排液需求，并且，第一容器100中还设置有第一液位检测元件103，以通过第一液位检测元件103检测钙钛矿无机成分前驱体溶液101的剩余量，在钙钛矿无机成分前驱体溶液101的剩余量不足时，通过第一补液口104及时补充钙钛矿无机成分前驱体溶液101，保证连续生产，提高生产效率；和/或，第二容器200的侧壁设置有第二补液口和第二排液口，以满足钙钛矿有机成分前驱体溶液201的补液需求和排液需求，并且，第二容器200中还设置有第二液位检测元件203，以通过第二液位检测元件203检测钙钛
矿有机成分前驱体溶液201的剩余量，在钙钛矿有机成分前驱体溶液201的剩余量不足时，通过第二补液口及时补充钙钛矿有机成分前驱体溶液201，保证连续生产，提高生产效率。
61.本发明所提供的第一容器100和第一加热组件300之间设置有刮刀600，以便于通过刮刀600将基底上的多余钙钛矿无机成分前驱体溶液101进行刮除，保证薄膜质量。
62.本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”和“第二”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述特定的顺序。此外术语“包括”和“具有”以及他们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有设定于已列出的步骤或单元，而是可包括没有列出的步骤或单元。
63.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

技术特征：
1.一种钙钛矿薄膜制备方法，其特征在于，包括步骤：s1：通过卷对卷设备将需要制备钙钛矿膜层的基底浸入钙钛矿无机成分前驱体溶液中，以在基底上进行第一次化学沉积；s2：通过卷对卷设备将步骤s1中沉积有钙钛矿无机成分前驱体溶液的基底输送至第一加热组件，通过所述第一加热组件将沉积有钙钛矿无机成分前驱体溶液的基底进行加热固化，得到无机成分固化薄膜；s3：通过卷对卷设备将步骤s2中得到的无机成分固化薄膜浸入钙钛矿有机成分前驱体溶液中，以在无机成分固化薄膜上进行第二次化学沉积；s4：通过卷对卷设备将步骤s3中形成的沉积有钙钛矿有机成分前驱体溶液的基底输送至第二加热组件，通过所述第二加热组件将沉积有钙钛矿有机成分前驱体溶液的基底进行加热固化，形成钙钛矿薄膜。2.根据权利要求1所述的钙钛矿薄膜制备方法，其特征在于，所述钙钛矿无机成分前驱体溶液包括卤化铅(pbx2)溶液，所述卤化铅(pbx2)溶液的溶剂包括n,n-二甲基甲酰胺(dmf)、二甲基亚砜(dmso)、n,n-二甲基丙烯基脲(dmpu)、γ-丁内酯(gbl)和2-甲氧基乙醇(2-me)中的一种或者多种；所述有机成分前驱体溶液包括甲脒氢卤酸盐(fax)溶液或甲基卤化胺(max)溶液，所述甲脒氢卤酸盐(fax)溶液和所述甲基卤化胺(max)溶液的溶剂包括异丙醇(ipa)。3.根据权利要求1所述的钙钛矿薄膜制备方法，其特征在于，在所述步骤s1中，通过第一超声处理模块消除所述钙钛矿无机成分前驱体溶液中的气泡；和/或，所述步骤s3中，通过第二超声处理模块消除所述钙钛矿无机成分前驱体溶液中的气泡。4.根据权利要求1所述的钙钛矿薄膜制备方法，其特征在于，在所述步骤s1，通过第一液位检测元件检测钙钛矿无机成分前驱体溶液的剩余量；和/或，所述步骤s3中，通过第二液位检测元件检测钙钛矿有机成分前驱体溶液的剩余量。5.根据权利要求1所述的钙钛矿薄膜制备方法，其特征在于，所述步骤s1和步骤s2之间还包括步骤s1-1：通过刮刀将所述基底上的多余钙钛矿无机成分前驱体溶液进行刮除。6.根据权利要求1所述的钙钛矿薄膜制备方法，其特征在于，所述第一加热组件和/或所述第二加热组件通过红外加热元件进行加热；和/或，所述步骤s2中，通过温度控制器对所述钙钛矿无机成分前驱体溶液的温度进行调节控制。7.一种钙钛矿薄膜制备装置，其特征在于，用于如权利要求1至6任意一项所述的钙钛矿薄膜制备方法，所述钙钛矿薄膜制备装置包括：第一容器，所述第一容器中填充有钙钛矿无机成分前驱体溶液；第二容器，所述第二容器中填充有钙钛矿有机成分前驱体溶液；第一加热组件，设置于所述第一容器和所述第二容器之间；第二加热组件，设置于所述第二容器远离所述第一容器的一侧；卷对卷设备；其中，所述卷对卷设备的滚轮依次设置在所述第一容器的入口位置、所述第一容器的
钙钛矿无机成分前驱体溶液中、所述第一容器的出口位置、所述第二容器的入口位置、所述第二容器的钙钛矿有机成分前驱体溶液中和所述第二容器的出口位置，以及所述第二加热组件远离所述第二容器的一侧，以形成连续的薄膜制备生产线。8.根据权利要求7所述的钙钛矿薄膜制备装置，其特征在于，所述第一容器内设置有第一超声处理模块；和/或，所述第二容器内设置有第二超声处理模块。9.根据权利要求7所述的钙钛矿薄膜制备装置，其特征在于，所述第一容器中还设置有第一液位检测元件；和/或，所述第二容器中还设置有第二液位检测元件。10.根据权利要求7所述的钙钛矿薄膜制备装置，其特征在于，所述第一容器和所述第一加热组件之间设置有刮刀，所述刮刀用于将所述基底上的多余钙钛矿无机成分前驱体溶液进行刮除。

技术总结
本发明公开了一种钙钛矿薄膜制备方法和钙钛矿薄膜制备装置。该钙钛矿薄膜制备方法包括步骤：S1：通过卷对卷设备将需要制备钙钛矿膜层的基底浸入钙钛矿无机成分前驱体溶液中，在基底上进行第一次化学沉积；S2：通过卷对卷设备将沉积有钙钛矿无机成分前驱体溶液的基底输送至第一加热组件，进行加热固化，得到无机成分固化薄膜；S3：通过卷对卷设备将步骤S2中得到的无机成分固化薄膜浸入钙钛矿有机成分前驱体溶液中，在无机成分固化薄膜上进行第二次化学沉积；S4：通过卷对卷设备将步骤S3中形成的沉积有钙钛矿有机成分前驱体溶液的基底输送至第二加热组件，通过第二加热组件将沉积有钙钛矿有机成分前驱体溶液的基底进行加热固化，形成钙钛矿薄膜。形成钙钛矿薄膜。形成钙钛矿薄膜。


技术研发人员：熊继光 李卫东 赵志国 赵东明 李梦洁 张赟 李新连 董超 夏渊
受保护的技术使用者：中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司
技术研发日：2023.05.08
技术公布日：2023/8/4