[發(fā)明專利]有機(jī)/無機(jī)雜化鈣鈦礦薄膜的制備方法及其薄膜的用途

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410295658.X
• 申請日: 2014-06-26
• 公開（公告）號: CN104051628B
• 公開（公告）日: 2017-02-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周春蘭;李鵬申;婁茜;朱俊杰;王文靜
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院電工研究所
• 主分類號: H01L51/48
• 分類號: H01L51/48;H01L51/42;H01L51/46
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司11251
• 代理人: 關(guān)玲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于一種光電材料的制備方法，具體涉及一種有機(jī)/無機(jī)雜化鈣鈦礦薄膜的制備方法，以及應(yīng)用所制備的薄膜的太陽電池。

背景技術(shù)

鈣鈦礦指的是那些像CaTiO₃，顯示出具有ABX₃化學(xué)計量，并具有鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)的一大類材料。目前被廣泛研究的是三鹵化有機(jī)金屬，尤其是CH₃NH₃PbI₃和Cl摻雜的CH₃NH₃PbI_3-xCl_x(混合型的鹵素鈣鈦礦)。這類材料具有帶隙可調(diào)，吸光系數(shù)高，以及優(yōu)異的載流子產(chǎn)生和分離的能力，因此在光電轉(zhuǎn)換領(lǐng)域得到廣泛的重視。

在太陽電池的眾多光電轉(zhuǎn)換材料中，包含了硅，砷化鎵，硫化物，硒化物，銻化物等。關(guān)于基于鈣鈦礦光電領(lǐng)域的研究有轉(zhuǎn)換材料：，如中國專利201110102113.9和201110142339.1研究的是鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的氧化物材料光發(fā)射性質(zhì)。太陽電池領(lǐng)域的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的碘化物材料有采用固液反應(yīng)方法制備的，如中國專利申請201310257024.0，將固體B浸泡在A物質(zhì)的溶液中，在溶液中A和B發(fā)生固-液反應(yīng)。沒有見到關(guān)于這種采用真空條件下經(jīng)過兩種物質(zhì)的輸運(yùn)、冷凝然后在襯底表面發(fā)生反應(yīng)形成有機(jī)/無機(jī)雜化鈣鈦礦薄膜的文獻(xiàn)報道。文獻(xiàn)報道中一般采用液相旋涂方法制備有機(jī)/無機(jī)雜化鈣鈦礦薄膜材料及其太陽電池器件，但由于這種化學(xué)方法一方面重復(fù)性較差，另外一方面就是這種方法一般適用于以納米多孔材料作為支撐的結(jié)構(gòu)，對于在平面襯底上很難形成致密均勻的納米顆粒薄膜；另外一種就是采用高真空的熱蒸發(fā)方法，能夠大面積的沉積高質(zhì)量的薄膜，在制備高效的平面薄膜太陽電池方面非常有利，但是設(shè)備、工藝復(fù)雜，限制了其應(yīng)用；最后一種就是采用氣相輔助的固相反應(yīng)，就是先在襯底上沉積金屬碘鹽，然后在表面覆蓋鹵素有機(jī)鹽，這種方法在一定程度上降低了設(shè)備的成本，但同樣面臨均勻性和重復(fù)性的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的為了克服已有技術(shù)的缺點(diǎn)，提出一種有機(jī)/無機(jī)雜化鈣鈦礦薄膜的制備方法。本發(fā)明在真空氣氛條件下采用鹵素有機(jī)鹽和二價金屬鹵化物，通過氣相輸運(yùn)到襯底表面，形成有機(jī)/無機(jī)雜化鈣鈦礦薄膜。

一種有機(jī)/無機(jī)雜化鈣鈦礦薄膜的制備方法，包括以下步驟：

1)按照摩爾比重稱量鹵素有機(jī)鹽A和二價金屬鹵化物B；所述的鹵素有機(jī)鹽A中，鹵素是I、Cl或者Br，有機(jī)鹽部分是CH₃NH₃或NH₂＝CHNH₃；所述的二價金屬鹵化物B中，其金屬元素包含鉛Pb和錫Sn；

2)將稱量好的鹵素有機(jī)鹽A和二價金屬鹵化物B分別放入兩個石英舟中；

3)將載有鹵素有機(jī)鹽A和二價金屬鹵化物B的兩個石英舟分別放入到管式爐中的石英管內(nèi)的兩個不同溫區(qū)。石英管的一端封閉，另外一端開口，用于進(jìn)出樣品和與真空系統(tǒng)連接。其中放有鹵素有機(jī)鹽A的石英舟置于靠近石英管開口端較低溫度區(qū)域，將放有二價金屬鹵化物B的石英舟設(shè)置于石英管中間的高溫區(qū)域，將襯底C置于較放有鹵素有機(jī)鹽A的石英舟距離石英管開口端更近的較低溫度區(qū)域；

4)將石英管的開口端與真空系統(tǒng)進(jìn)行封閉連接，對石英管抽氣，待石英管達(dá)到真空狀態(tài)，對石英管加熱，在襯底C上形成有機(jī)/無機(jī)雜化鈣鈦礦薄膜。

優(yōu)選地，步驟4)中，石英管中的真空度范圍在1×10^-1-1×10^-4Pa。

優(yōu)選地，二價金屬鹵化物B置于石英管中間的高溫區(qū)域。所述的襯底C是硅片或玻璃片。在真空度達(dá)到預(yù)定值之后，對石英管進(jìn)行加熱使鹵素有機(jī)鹽A所在溫區(qū)的溫度在150-200℃之間，二價金屬鹵化物B所在溫區(qū)的溫度在350-400℃之間，襯底C所在溫區(qū)的溫度范圍為60-90℃。所述的三個溫區(qū)在上述溫度范圍下保溫時間為1-3小時。在這個過程中鹵素有機(jī)鹽A和二價金屬鹵化物B兩種物質(zhì)發(fā)生蒸發(fā)，形成蒸汽，隨著氣流移動到襯底C所處的低溫區(qū)，發(fā)生冷凝形成有機(jī)/無機(jī)雜化鈣鈦礦薄膜。