[發明專利]一種利用鈣鈦礦量子點形核生長多晶鈣鈦礦薄膜方法及相關光電器件

在審

• 申請號: 201711376749.6
• 申請日: 2017-12-19
• 公開（公告）號: CN108336232A
• 公開（公告）日: 2018-07-27
• 發明（設計）人: 王朋;肖科;崔燦;徐凌波;林萍
• 申請（專利權）人: 浙江理工大學
• 主分類號: H01L51/48
• 分類號: H01L51/48;H01L51/56;H01L51/46;H01L51/54;H01L51/42;H01L51/50;B82Y30/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 黃歡娣;邱啟旺

本發明公開了一種利用鈣鈦礦量子點形核生長多晶鈣鈦礦薄膜的方法及相關光電器件。將含有一定濃度的鈣鈦礦量子點反溶劑引入到鈣鈦礦薄膜的前驅體溶液中，在一定的溫度下處理后，通過量子點誘導形核生長多晶鈣鈦礦薄膜。該鈣鈦礦薄膜用作光吸收層(或載流子復合)層，采用p?i?n或n?i?p結構，引入電子傳輸(或注入)層、空穴傳輸(或注入)層及電極等，制備得到鈣鈦礦太陽能電池(或鈣鈦礦發光二極管)。本發明方法簡單，工藝兼容性好，并顯著提高了鈣鈦礦薄膜的結晶質量，提升了太陽能電池的光電轉換效率和發光二極管器件的發光效率等性能。

技術領域

本發明屬于光電器件領域，涉及一種利用鈣鈦礦量子點形核生長多晶鈣鈦礦薄膜的方法，主要涉及通過反溶劑溶液法引入鈣鈦礦量子點進行誘導形核生長高質量的多晶鈣鈦礦薄膜，并應用于制備高性能的鈣鈦礦光電器件，包括太陽能電池和發光二極管。

背景技術

近年來，有機金屬鹵化物鈣鈦礦太陽能電池迅速成為光伏領域的研究熱點。有機金屬鹵化鈣鈦礦材料具有可調的禁帶寬度，高的光學吸收系數和較長的載流子擴散長度等優點。短短六七年時間，有機金屬鹵化物鈣鈦礦太陽能電池最高轉換效率已經達到22.1％(W.S.Yang,B.W.Park,E.H.Jung,et al.Science,356(2017)1376)，接近晶體硅太陽能電池的效率。除了光伏應用外，有機金屬鹵化物鈣鈦礦展現出較高的電致發光量子效率和發光顏色純度，在高性能的發光二極管應用中也具有較大的潛力。然而，要想獲得高性能的鈣鈦礦太陽能電池和發光二極管，鈣鈦礦薄膜的質量起到了最關鍵的作用。

目前制備高質量鈣鈦礦薄膜的方法已有很多種，其中反溶劑法是一種能獲得較高結晶質量，和較好重復性的成膜方法。為了提高鈣鈦礦薄膜的質量和光電器件的性能，研究人員也通過往反溶劑中添加各種添加劑的方法來提高鈣鈦礦薄膜的質量，如聚甲基丙烯酸甲酯(D.Bi,C.Yi,J.Luo,et al.Nat.Energy 1(2016)16142)、α-bis-PCBM(F.Zhang,W.Shi,J.Luo,et al.Adv Mater 29(2017)1606806)、1,3,5-三(1-苯基-1H-苯并咪唑-2-基)苯(H.Cho,S.H.Jeong,M.H.Park,et al.Science 350(2015)1222)等。但是這些添加劑與鈣鈦礦本身晶格結構不匹配，具有較差兼容性，會造成無法預估的最終形貌。本發明提出，在反溶劑溶液法中，采用鈣鈦礦量子點誘導形核制備多晶鈣鈦礦薄膜，提高了鈣鈦礦薄膜的質量，并應用于鈣鈦礦太陽能電池和發光二極管。將形核生長的鈣鈦礦薄膜用作光吸收層，或用作載流子復合層，制備得到鈣鈦礦太陽能電池或鈣鈦礦發光二極管。本發明方法簡單，工藝兼容性好，并顯著提升了鈣鈦礦太陽能電池的光電轉換效率和發光效率，增加了在太陽能電池和發光領域的應用性。

發明內容

本發明的目的在于：解決鈣鈦礦多晶薄膜結晶質量差，提供一種利用鈣鈦礦量子點形核生長多晶鈣鈦礦薄膜的方法，實現鈣鈦礦薄膜結晶性顯著提升，并制備高性能的鈣鈦礦太陽能電池和發光二極管。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：一種利用鈣鈦礦量子點形核生長多晶鈣鈦礦薄膜的方法，其特征在于，采用反溶劑法制備鈣鈦礦薄膜，且反溶劑中含有尺寸為1-100nm的鈣鈦礦量子點，濃度為0.001～5mg/ml。

進一步地，將含有鈣鈦礦量子點的反溶劑加入到鈣鈦礦前驅體中，在低于150℃的氣體氛圍下，熱處理1-100分鐘，通過量子點誘導形核生長多晶鈣鈦礦薄膜。

進一步地，所述反溶劑為甲苯、氯苯、氯仿、乙醚、乙酸乙酯、乙硫醚等。