[發明專利]大晶粒鈣鈦礦薄膜光電材料的制備方法

有效

• 申請號: 201711407499.8
• 申請日: 2017-12-22
• 公開（公告）號: CN108242505B
• 公開（公告）日: 2020-06-30
• 發明（設計）人: 韋進全;李雅慧;趙振昊;林峰;丁孔賢;孫永明;崔賢
• 申請（專利權）人: 清華大學;深圳珈偉光伏照明股份有限公司
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/48
• 代理公司: 北京三聚陽光知識產權代理有限公司 11250
• 代理人: 張建綱

本發明公布了一種大晶粒鈣鈦礦薄膜光電材料的制備方法，包括前驅體溶液的制備和基底的制備，以及將制備好的前驅體溶液噴涂到基底上，獲得大晶粒鈣鈦礦薄膜等過程。前驅體溶液通過將鈣鈦礦原材料AX_n和BX_3?n按比例混合或者直接將鈣鈦礦材料ABX₃溶解在NMP溶劑或NMP混合溶劑中獲得。前驅體溶液噴涂到100～150℃的熱基底上并保溫至大晶粒鈣鈦礦薄膜生長，鈣鈦礦晶粒呈良好的取向排列。在大晶粒鈣鈦礦薄膜上制備空穴傳輸層或者電子傳輸層，獲得大晶粒鈣鈦礦薄膜光電材料。本發明通過選擇合適的溶劑及生長溫度，獲得晶粒尺寸達mm級的鈣鈦礦薄膜，提高了載流子遷移率，使得相應的鈣鈦礦薄膜光電材料具有更好的光電性能。

技術領域

本發明涉及一種大晶粒鈣鈦礦薄膜光電材料的制備方法，尤其涉及一種大晶粒有機金屬鹵化物鈣鈦礦薄膜的制備方法，屬于材料合成及其應用領域。

背景技術

隨著現代化工業的高速發展和世界人口的急劇增長，全球能源消耗不斷增加，能源短缺問題日益凸顯。太陽能作為一種取之不盡、用之不竭的能源，具有分布廣泛，對環境友好、安全，儲量豐富等優點。如何低成本、高效率地利用太陽能來解決人類所面臨的能源與環境問題成為全世界科學界和產業界共同關注的話題。新型高效的太陽能電池技術已成為各國學者研究的熱點。目前，有機金屬鹵化物半導體CH₃NH₃PbX₃材料引起了人們廣泛的關注，成為研究領域的熱點。鈣鈦礦型太陽能電池(perovskite solar cells)，是利用鈣鈦礦型的有機金屬鹵化物半導體作為吸光材料的太陽能電池。該材料具有優異的光電性能，如合適的能帶結構，通過成分調節可靈活控制帶隙，因與太陽光譜匹配而具有良好的光吸收性能，良好的載流子遷移性能，載流子擴散長度較傳統有機半導體高出1～2個數量級。

有機金屬鹵化物CH₃NH₃PbX₃具有典型的鈣鈦礦ABX₃的結構，其中A一般代表CH₃NH₃⁺或NH₂CH＝NH²⁺，B是金屬陽離子(Sn²⁺或Pb²⁺)，X是鹵素陰離子(Cl^-，Br^-或I^-)。鈣鈦礦中體積較大的A陽離子占據立方晶胞的中心，被12個X陰離子包圍成配位立方-八面體，配位數為12；體積較小的B陽離子占據立方晶胞的角頂，被6個X陰離子包圍成配位八面體，配位數為6。2009年有機金屬鹵化物鈣鈦礦材料首次作為光吸收材料代替傳統的染料被引入到染料敏化太陽能電池中，當時電池的效率僅為3.8％，短短幾年，通過優化器件結構、改進制備工藝，截至目前鈣鈦礦太陽能電池的效率速攀升至22％以上。迄今，制備鈣鈦礦器件應用最廣的為旋涂法,但是旋涂法難于大規模生產，進而限制了有機金屬鹵化物鈣鈦礦材料的進一步工業化應用。同時旋涂制備的吸光薄膜往往結晶性差，晶粒尺寸小，缺陷較多，晶界會增加，載流子復合幾率也相應增大，致使載流子壽命較短。為了降低載流子在傳輸過程中的缺陷復合，制備出的鈣鈦礦薄膜應當具有較少的晶界。目前有報道制備出鈣鈦礦塊體單晶，鈣鈦礦單晶具有比納米晶更加優異的性質和更好的穩定性，但其缺點是厚度較大且相互獨立存在，無法成膜，進而無法更好的應用。

發明內容

本發明旨在提供一種大晶粒有機金屬鹵化物鈣鈦礦薄膜光電材料的制備方法，以獲得晶粒尺寸達到mm級的鈣鈦礦薄膜材料，而不是塊狀晶體。

本發明通過以下技術方案實現：

大晶粒鈣鈦礦薄膜光電材料的制備方法，包括：