[發明專利]一種空氣中穩定的鈣鈦礦薄膜的制備方法

在審

• 申請號: 201510076696.0
• 申請日: 2015-02-12
• 公開（公告）號: CN104659212A
• 公開（公告）日: 2015-05-27
• 發明（設計）人: 黃芳;袁國棟;李晉閩
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: H01L51/48
• 分類號: H01L51/48
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 任巖

技術領域

本發明涉及鈣鈦礦薄膜制備技術領域，尤其是一種空氣中穩定的鈣鈦礦薄膜的制備方法。

背景技術

2009年日本科學家發現鈣鈦礦型光吸收劑的禁帶寬度僅有1.5eV，與太陽光譜形成很好的匹配，而且帶隙可以根據組分比例進行調整，因而該材料在光伏領域表現出很好的應用前景。鈣鈦礦太陽能電池也是近5年來國際太陽能電池領域效率突破最快的太陽能電池之一，是材料領域新的、重點研究方向。截止2014年12月份，由CH₃NH₃PbI₃組裝的太陽能電池的光電轉換下來已經高達20％以上。

作為固態染料敏化太陽能電池的核心原料，CH₃NH₃PbI₃、CH₃NH₃PbI_xCl_3-x、CH₃NH₃PbBr₃、CH₃NH₃PbI_xBr_3-x、CH₃NH₃SnI₃、CH₃NH₃SnBr₃、CH₃NH₃SnI_xCl_3-x、CH₃NH₃SnI_xBr_3-x、CH₃NH₃GeCl₃、CH₃NH₃GeI₃、CH₃NH₃GeI_xCl_3-x、CH₃NH₃GeBr₃、CH₃NH₃GeI_xBr_3-x此類有機無機化合物鈣鈦礦材料的晶體結構特征和光電轉換效率提升是這類太陽能電池研究的核心。鈣鈦礦太陽電池不僅具有高的能量轉換效率，而且還具備材料廉價、制備方法多樣且簡便的特點。因而鈣鈦礦太陽電池具有非常光明的產業化前景，是現有商業太陽電池最有潛力的競爭者。

然而由于上述有機無機化合物鈣鈦礦材料在水溶液中的穩定性很差，因而這種電池在濕潤空氣中效率容易大幅衰減，這也是阻礙著這種電池生產推廣的主要障礙之一。

發明內容

(一)要解決的技術問題

有鑒于此，本發明的主要目的是克服鈣鈦礦薄膜在空氣中不穩定易分解的難點，提出一種空氣中穩定的鈣鈦礦薄膜的制備方法。這使得真空條件已不再是這種材料制備的必要條件，為鈣鈦礦太陽電池的大規模、低成本制造提供可能。

(二)技術方案

為達到上述目的，本發明提供了一種空氣中穩定存在的鈣鈦礦薄膜的制備方法，包括：

步驟1：配制IV、VII族化合物溶液；

步驟2：將配制的IV、VII族化合物溶液噴淋、滴定、旋涂或印刷至襯底表面，在襯底表面形成第一薄溶液層；

步驟3：采用氣體將襯底表面的第一薄溶液層吹干，形成第一薄膜；

步驟4：配制甲基鹵化銨CH₃NH₃X溶液，將配制的甲基鹵化銨CH₃NH₃X溶液噴淋、滴定、旋涂或印刷至第一薄膜表面，甲基鹵化銨CH₃NH₃X溶液與第一薄膜發生化學反應，形成第二薄溶液層；

步驟5：采用氣體將第二薄溶液層吹干，形成化合物薄膜；

步驟6：將化合物薄膜加熱烘干或者退火，得到所需的鈣鈦礦薄膜。

上述方案中，步驟1中所述的IV、VII族化合物溶液，溶質為碘化鉛、氯化鉛、溴化鉛、碘化錫、氯化錫、溴化錫、碘化鍺、氯化鍺或溴化鍺中的至少一種，溶劑為二甲基甲酰胺、二甲基亞砜、甲醇、乙醇、乙二醇、異丙醇、正丁醇、丙酮、甲苯、氯苯或氯仿中的至少一種，混合溶液的濃度為0.01-1000mmol/ml，并將混合溶液加熱至30-200℃，加熱時間為5分鐘-24小時。