鈣鈦礦一步法旋涂工藝是一種用于制備鈣鈦礦薄膜的簡化方法，其核心在于通過旋涂過程將鈣鈦礦前驅(qū)體溶液均勻地沉積在基底上，并經(jīng)過后續(xù)處理形成具有光電轉(zhuǎn)換性能的鈣鈦礦薄膜。以下是該工藝的詳細步驟及特點歸納：

一、工藝步驟

1. 制備基底：

• 通常使用透明導電電極，如氧化銦錫(ITO)玻璃或氟摻雜氧化錫(FTO)玻璃作為基底。

• 將ITO或FTO溶液涂布到玻璃基底上，并通過加熱使其結(jié)晶。

2. 制備鈣鈦礦溶液：

• 將鈣鈦礦前驅(qū)體（如CH3NH3PbI3、PbI2等）溶解在有機溶劑中，如二甲基亞砜(DMSO)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)等，制備成較為穩(wěn)定的鈣鈦礦溶液。

3. 旋涂過程：

• 將鈣鈦礦溶液滴在準備好的基底上。

• 啟動旋涂機，使基底快速旋轉(zhuǎn)。旋涂過程中，溶液會在離心力的作用下均勻地分布在基底上，并去除其中的有機溶劑，留下純凈的鈣鈦礦。

• 可選步驟：在旋涂過程中滴加非極性的反溶劑，如苯甲醚，以促進鈣鈦礦的快速結(jié)晶。

4. 退火處理：

• 將旋涂好的鈣鈦礦薄膜進行高溫熱處理（如100-150°C），以使其晶化并獲得極高的光電性能。

二、工藝特點

1. 工藝簡單：

• 不需要復雜的真空蒸鍍設(shè)備，制備過程相對簡單。

2. 成本低廉：

• 對制備條件要求較低，對材料和設(shè)備的要求也較小，可以實現(xiàn)低成本制造。

3. 制備速度快：

• 旋涂過程可以在幾秒鐘內(nèi)完成，適合大規(guī)模、高效制備。

4. 重復性高：

• 相較于其他制備方法，一步旋涂法具有較高的重復性和穩(wěn)定性。

5. 挑戰(zhàn)與限制：

• 鈣鈦礦薄膜的制備過程可能會產(chǎn)生缺陷，影響電池性能。

• 鈣鈦礦電池存在穩(wěn)定性差的問題，在長時間使用過程中性能會逐漸降低。

• 旋涂法不適合形成更大面積的均勻鈣鈦礦薄膜，對于大面積組件的制備存在挑戰(zhàn)。

三、改進與未來方向

1. 提高材料穩(wěn)定性：

• 進一步研究鈣鈦礦材料的穩(wěn)定性機制，開發(fā)更穩(wěn)定的鈣鈦礦材料。

2. 優(yōu)化旋涂工藝：

• 通過調(diào)整旋涂參數(shù)（如轉(zhuǎn)速、旋涂時間、反溶劑滴加方式等）來優(yōu)化鈣鈦礦薄膜的質(zhì)量。

3. 開發(fā)大面積制備技術(shù)：

• 探索適合大面積鈣鈦礦薄膜制備的新方法，如刮刀涂布、槽模涂布等。

4. 提高光電轉(zhuǎn)換效率：

• 通過優(yōu)化鈣鈦礦薄膜的結(jié)構(gòu)和界面，以及改進電池的其他組件（如電子傳輸層、空穴傳輸層等），來提高鈣鈦礦電池的光電轉(zhuǎn)換效率。