[發(fā)明專利]一種提高純度、減少針孔的鈣鈦礦薄膜的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610238700.3
• 申請(qǐng)日: 2016-04-18
• 公開（公告）號(hào): CN105870339B
• 公開（公告）日: 2018-04-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 麥耀華;范建東;劉沖;李紅亮;張翠苓
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河北大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L51/48
• 分類號(hào): H01L51/48
• 代理公司: 石家莊國(guó)域?qū)＠虡?biāo)事務(wù)所有限公司13112
• 代理人: 胡素梅,白海靜

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及太陽能電池技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種提高純度、減少針孔的鈣鈦礦薄膜的制備方法。

背景技術(shù)

太陽能電池能夠?qū)⑻柲苤苯愚D(zhuǎn)換成電能，由于太陽能是取之不盡用之不竭的清潔能源，因此太陽能電池是人類應(yīng)對(duì)能源危機(jī)，尋求可持續(xù)發(fā)展的重要對(duì)策。目前，晶體硅太陽能電池占有89%的光伏市場(chǎng)份額。然而，昂貴的原材料及其繁瑣的電池工藝限制了晶體硅太陽能電池的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。在過去的十年里，薄膜太陽能電池包括硅基薄膜、Cu(In，Ga)Se_2-xS_x以及CdTe電池等也開始實(shí)現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化。作為第三代太陽能電池的杰出代表，鈣鈦礦太陽能電池是一種以有機(jī)無機(jī)鈣鈦礦材料產(chǎn)生光生電子和空穴對(duì)的一類新型全固態(tài)有機(jī)金屬鹵化物薄膜太陽能電池。鈣鈦礦太陽能電池具有能量轉(zhuǎn)換效率高，載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度長(zhǎng)、遷移率高，核心光電轉(zhuǎn)換材料廉價(jià)易得等優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)過短短五年的發(fā)展，其實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)換效率從3.8%提升至20.1%左右。

目前，鈣鈦礦太陽能電池中所用到的鈣鈦礦材料主要是碘化鉛甲胺（CH₃NH₃PbI₃），它的帶隙約為1.5 eV，消光系數(shù)高，幾百納米厚薄膜就可以充分吸收800 nm以下的太陽光。鈣鈦礦薄膜的制備方法主要包括一步溶液法、兩步溶液法以及氣相輔助液相沉積法等。下面以CH₃NH₃PbI₃為例介紹鈣鈦礦薄膜的幾種制備方法。

一步溶液法具體是：將PbI₂和CH₃NH₃I以一定的摩爾比例混合，然后溶解于N，N-二甲基甲酰胺（DMF）溶液中，待完全溶解后旋涂于相應(yīng)的基底上，之后對(duì)薄膜進(jìn)行熱處理即形成CH₃NH₃PbI₃鈣鈦礦薄膜。但是，一步溶液法制備的鈣鈦礦薄膜很難達(dá)到較高的覆蓋度，并且薄膜表面具有很高的粗糙度，這就導(dǎo)致漏電及復(fù)合的增加，從而對(duì)光伏性能產(chǎn)生不利影響。

二步溶液法具體是：將PbI₂溶解于DMF中，加熱攪拌至溶解，然后旋涂于相應(yīng)的基底上，經(jīng)干燥后浸泡于CH₃NH₃I的異丙醇（IPA）溶液中，再經(jīng)干燥退火后形成CH₃NH₃PbI₃鈣鈦礦層。二步溶液法能夠有效減少薄膜的針孔，減少漏電路徑，增大器件的并聯(lián)電阻。

氣相輔助液相沉積法具體是：將PbI₂溶解于DMF中，加熱攪拌至溶解，然后旋涂于相應(yīng)的基底上；再將CH₃NH₃I加熱到一定溫度使其揮發(fā)，揮發(fā)的CH₃NH₃I蒸汽與PbI₂反應(yīng)生成CH₃NH₃PbI₃鈣鈦礦薄膜。這種方法目前分為兩類，一類為非接觸式，一類分為接觸式。而目前的接觸式主要為粉末接觸，即將旋涂有PbI₂薄膜的基底直接覆蓋于CH₃NH₃I粉末上。

采用現(xiàn)有的氣相輔助液相沉積法制備鈣鈦礦薄膜，無論是接觸式還是非接觸式，都有一定的限制。采用非接觸式的氣相輔助液相沉積法大多應(yīng)用于制備平面結(jié)構(gòu)的電池，因?yàn)槠矫娼Y(jié)構(gòu)的電池中，PbI₂膜層較平整；而在介孔太陽能電池中，PbI₂嵌入介孔中，既增加了PbI₂的膜厚，又導(dǎo)致了PbI₂膜層的不規(guī)則，使得非接觸式的氣相輔助液相沉積法難以實(shí)現(xiàn)較高的CH₃NH₃I蒸汽壓，介孔中的PbI₂也就難以實(shí)現(xiàn)完全反應(yīng)。而粉末接觸式的氣相輔助液相沉積法，能夠有效的形成飽和CH₃NH₃I蒸汽壓，應(yīng)用于介孔電池制備中也有一定的優(yōu)勢(shì)。但是采用粉末接觸法，由于CH₃NH₃I粉末顆粒較大，使得CH₃NH₃I顆粒與PbI₂薄膜接觸并不能形成良好的接觸，很容易使制備的鈣鈦礦薄膜形成針孔，大大降低了薄膜的質(zhì)量，增加漏電，繼而影響光伏性能。

發(fā)明內(nèi)容