[發明專利]一種有機金屬鹵化物薄膜及其制備方法與應用

在審

• 申請號: 201410792423.1
• 申請日: 2014-12-19
• 公開（公告）號: CN104505462A
• 公開（公告）日: 2015-04-08
• 發明（設計）人: 范平;羅景庭;梁廣興;鄭壯豪
• 申請（專利權）人: 深圳大學
• 主分類號: H01L51/48
• 分類號: H01L51/48;H01L51/46
• 代理公司: 深圳市君勝知識產權代理事務所44268
• 代理人: 王永文;劉文求

技術領域

本發明涉及新型薄膜太陽電池功能材料領域，尤其涉及一種有機金屬鹵化物薄膜及其制備方法與應用。

背景技術

近年來，基于CH₃NH₃PbY₃（Y=I、Br和Cl）作為吸收層材料的鈣鈦礦太陽電池得到了廣泛的關注和高速發展，器件效率從2009年的3.8%飛躍至2014年最高效率19.3%，甚至被預測未來轉換效率會很快超過晶體硅太陽電池最高效率25%。但是，目前制備CH₃NH₃PbY₃（Y=I、Br和Cl）薄膜的方法主要是非真空溶液法，該法在實際產業化應用中面臨不少挑戰。實驗室制備的太陽電池僅幾平方厘米大小，相比于硅板太陽電池直徑能達數米還有很大的差距，這主要是因為采用非真空溶液法難以實現大面積鈣鈦礦連續膜生長，且鈣鈦礦電池對氧氣非常敏感，會與其發生化學反應進而破壞晶體結構，并產生水蒸氣和溶解鹽狀鈣鈦礦，以致電池失效。為此，利于大規模產業化的基于真空蒸發沉積技術的制備方法獲得了廣泛重視。其中一種是采用真空蒸氣輔助沉積法制備CH₃NH₃PbI₃薄膜，該方法制備薄膜的質量較高，但是其反應過程需要的時間較長且反應不充分，一般需要在TiO₂介孔或者Al₂O₃支架材料以增加反應面積，流程復雜且難以控制薄膜生長過程；另一種是采用雙源熱蒸發沉積法制備CH₃NH₃PbI₃薄膜，該方法采用全真空制備技術，獲得薄膜結晶度較高，但是采用雙源熱蒸發沉積技術需要同時精確控制有機和無機材料蒸發源且需要有效控制薄膜化合過程是非常困難的，由于有機和無機材料本身物性差異甚遠，難以同時匹配化合條件，成分容易偏離化學計量比直接導致薄膜質量和重復性降低。

因此，現有技術還有待于改進和發展。

發明內容

鑒于上述現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種有機金屬鹵化物薄膜及其制備方法與應用，旨在解決現有技術中存在的薄膜制備工藝復雜、重復性低及薄膜質量低的問題。

本發明的技術方案如下：

一種有機金屬鹵化物薄膜的制備方法，其中，包括步驟：

A、將有機金屬鹵化物前驅體晶體研磨至粉末，所述有機金屬鹵化物中有機部分為CH₃NH₃，?金屬為Ge、Sn、Pb中的一種，鹵素為I、Cl、Br中的一種；把研磨好的晶體粉末作為蒸鍍粉末原料放入鍍膜室的蒸發舟或坩堝中待蒸發；

B、將基片放于鍍膜室的樣品架上待沉積有機金屬鹵化物薄膜；

C、對鍍膜室抽氣，開啟蒸發源電源，并控制蒸發源蒸發參數，在基片上形成有機金屬鹵化物薄膜。

所述有機金屬鹵化物薄膜的制備方法，其中，所述步驟A中，所述有機金屬鹵化物中有機部分為CH₃NH₃，金屬為Ge、Sn或Pb中的兩種或三種元素的摻雜金屬，鹵素為I、Cl或Br中的兩種或三種元素的摻雜鹵素。

所述有機金屬鹵化物薄膜的制備方法，其中，所述步驟A中，所述有機金屬鹵化物為CH₃NH₃（Ge_aSn_bPb_c）（I_eCl_fBr_g）₃，?控制a+b+c=1和e+f+g=1。

所述有機金屬鹵化物薄膜的制備方法，其中，所述步驟B中，所述基片包括剛性基片和柔性基片。

所述有機金屬鹵化物薄膜的制備方法，其中，所述步驟B中，所述剛性基片為玻璃基片。

所述有機金屬鹵化物薄膜的制備方法，其中，所述步驟C中，鍍膜室壓強抽至0.1Pa以下。

所述有機金屬鹵化物薄膜的制備方法，其中，所述步驟C中，所述蒸發源蒸發參數包括：蒸鍍電流、功率、設計膜料加熱程序和周期。

所述有機金屬鹵化物薄膜的制備方法，其中，所述步驟C之后還包括：對形成的有機金屬鹵化物薄膜進行原位30-800℃熱處理。

一種有機金屬鹵化物薄膜，其中，應用如上任一所述有機金屬鹵化物薄膜制備方法制備而成。

一種如上所述有機金屬鹵化物薄膜的應用，其中，將所述有機金屬鹵化物薄膜應用于太陽電池中。