[發(fā)明專利]一種優(yōu)化鈣鈦礦晶體薄膜形貌的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710142615.1
• 申請日: 2017-03-10
• 公開（公告）號: CN107068875B
• 公開（公告）日: 2019-06-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 謝國華;易建鵬;薛欽
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢大學(xué)
• 主分類號: H01L51/48
• 分類號: H01L51/48;H01L51/44
• 代理公司: 武漢科皓知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 汪俊鋒

本發(fā)明公開了一種蒸汽退火輔助鈣鈦礦晶體薄膜沉積的方法，屬于光電領(lǐng)域。我們根據(jù)薄膜退火機制，創(chuàng)造性地提出通過改變?nèi)軇┱羝c鈣鈦礦晶體薄膜之間的溫度差實現(xiàn)了對鈣鈦礦晶體薄膜生長過程的調(diào)控；更進一步地，我們通過改變?nèi)軇┑氖褂昧炕蛘呷軇┑恼羝麎哼_到了調(diào)控鈣鈦礦晶體薄膜形貌的目的。蒸汽輔助退火可以是單次退火，亦可以是多次連續(xù)或者循環(huán)退火。相較于常規(guī)退火方法處理的器件，基于溶劑蒸汽退火處理過的鈣鈦礦薄膜的平板異質(zhì)結(jié)太陽能電池器件的效率展現(xiàn)出了較大的提升，在未對陰極進行修飾的條件下效率達到了15.0%，高于大部分文獻報道相似器件結(jié)構(gòu)的效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種優(yōu)化鈣鈦礦晶體薄膜形貌的方法，屬于光電領(lǐng)域。

技術(shù)背景

有機-無機雜化鈣鈦礦材料具有原料來源廣泛、制作成本低廉、載流子遷移率較高、激子結(jié)合能較小、激子擴散距離較長、光電性能易調(diào)控等諸多優(yōu)點，已經(jīng)在太陽能電池、電致發(fā)光二極管、光電探測器以及半導(dǎo)體激光器等領(lǐng)域展現(xiàn)出了巨大的應(yīng)用潛能，成為了最近幾年來學(xué)術(shù)界的熱門研究對象。得益于科研工作者的不懈努力，基于鈣鈦礦薄膜的太陽能電池技術(shù)近年來取得了突飛猛進的發(fā)展。根據(jù)文獻的報道，目前的效率已經(jīng)邁過了20%的門檻，甚至達到了23%，直逼晶硅電池的實驗室效率26%，證明了其具有良好的商業(yè)化前景。

盡管鈣鈦礦太陽能電池的效率已經(jīng)取得了較大的突破，但是器件中仍然存在一些問題亟待解決，如鈣鈦礦薄膜形貌的控制、優(yōu)化、大面積生長及其重復(fù)性等。雖然與鈣鈦礦層形貌有關(guān)的研究不勝枚舉，但是鈣鈦礦晶體薄膜形貌隨機性較大，且在重復(fù)性方面的表現(xiàn)差強人意。優(yōu)化鈣鈦礦的晶型形貌有助于進一步提升器件的效率，主要的著力點在于如何獲得致密、晶粒尺寸較大且均一、缺陷態(tài)密度較小的鈣鈦礦晶體薄膜。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種優(yōu)化鈣鈦礦晶體薄膜形貌的方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案具體如下：

將鈣鈦礦晶體薄膜置于密閉的有機溶劑的蒸汽氛圍內(nèi)，進行差熱退火處理，所述蒸汽的溫度為100℃，鈣鈦礦晶體薄膜的溫度比蒸汽溫度低10~50℃。

所述有機溶劑為N,N-二甲基甲酰胺、二甲亞砜、γ-丁內(nèi)酯、甲胺或乙腈中的一種或幾種。

退火時間為1小時。

本發(fā)明方法可以實現(xiàn)對薄鈣鈦礦晶體生長過程以及薄膜表面形貌的調(diào)控，進而提升鈣鈦礦太陽能電池的功率轉(zhuǎn)化效率。

在上述技術(shù)方案中，我們創(chuàng)造性地提出新的蒸汽熱退火方法，即所述的溫差退火法。

在上述技術(shù)方案中，退火采用的裝置包括金屬密閉腔體和腔體密封蓋，金屬密閉腔體的底部放置用于調(diào)控溫差的玻璃片，用于退火的鈣鈦礦晶體薄膜置于玻璃片之上。金屬密閉腔體傳熱更為有效，腔體溫度更加均勻。

在上述技術(shù)方案中，可以通過改變?nèi)軇┑氖褂昧考凑羝麎旱拇笮崿F(xiàn)對鈣鈦礦薄膜生長過程的調(diào)控。

本發(fā)明方法的有益效果是：

（1）通過利用蒸汽蒸汽輔助退火方法，蒸汽蒸汽可以誘導(dǎo)鈣鈦礦晶粒長大，減少晶界的數(shù)量，增加晶界的長度；

（2）通過利用蒸汽蒸汽輔助退火方法，蒸汽蒸汽退火處理后的鈣鈦礦薄膜表面平整度有了明顯的提高，結(jié)構(gòu)致密且孔洞變少，可以顯著降低鈣鈦礦的缺陷態(tài)密度，降低激子在晶界等界面陷阱處的復(fù)合概率；

（3）通過利用蒸汽蒸汽輔助退火方法，蒸汽退火處理后的鈣鈦礦晶體尺寸更加均一；

（4）通過利用蒸汽輔助退火方法，可以顯著提升載流子遷移率、增加激子的擴散長度，有助于器件效率的提升。

（5）通過利用蒸汽輔助退火方法，可以通過調(diào)控蒸汽與鈣鈦礦晶體薄膜二者之間的溫度差實現(xiàn)對晶體生長過程的調(diào)控。

附圖說明