[發(fā)明專利]一種沉浸式制備鈣鈦礦薄膜的設(shè)備及使用方法和應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810046196.6
• 申請(qǐng)日: 2018-01-17
• 公開（公告）號(hào): CN110047774B
• 公開（公告）日: 2021-08-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 不公告發(fā)明人
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 杭州纖納光電科技有限公司
• 主分類號(hào): H01L21/67
• 分類號(hào): H01L21/67;H01L51/00;H01L51/42
• 代理公司: 杭州奧創(chuàng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33272
• 代理人: 楊文華

本發(fā)明涉及一種沉浸式制備鈣鈦礦薄膜的設(shè)備，包括一密封腔室，在密封腔室內(nèi)至少設(shè)置有一組半封閉反應(yīng)器裝置，半封閉反應(yīng)器裝置包括下加熱升華裝置和上加熱臺(tái)，在下加熱升華裝置的頂部設(shè)置有器皿，在器皿內(nèi)盛載有反應(yīng)物前體，在器皿的正上方設(shè)置有基片架，基片架遮罩在器皿的開口上，在器皿的側(cè)面設(shè)置有基片架支撐平臺(tái)，基片架設(shè)置在基片架支撐平臺(tái)上，在基片架的下底面設(shè)置有待沉積的基片，基片上的待沉積面正朝向器皿中的反應(yīng)物前體，上加熱臺(tái)設(shè)置在基片架上給基片加熱。本發(fā)明還公開了使用該沉浸式制備鈣鈦礦薄膜的設(shè)備制備鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的方法。本發(fā)明可在制備過(guò)程中控制薄膜的晶體生長(zhǎng)，提高成膜質(zhì)量及均勻性和重復(fù)性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鈣鈦礦太陽(yáng)能電池技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種沉浸式制備鈣鈦礦薄膜的設(shè)備及使用方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

太陽(yáng)能電池是一種光電轉(zhuǎn)換器件，利用半導(dǎo)體的光伏效應(yīng)將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能。發(fā)展至今，太陽(yáng)能發(fā)電已經(jīng)成為除水力發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電之外最重要的可再生能源。現(xiàn)用于商業(yè)化的半導(dǎo)體有單晶硅、多晶硅、非晶硅、碲化鎘、銅銦鎵硒等等，但大多能耗大、成本高。

近年來(lái)，一種鈣鈦礦太陽(yáng)能電池受到廣泛關(guān)注，這種鈣鈦礦太陽(yáng)能電池以有機(jī)金屬鹵化物為光吸收層。鈣鈦礦為ABX₃型的立方八面體結(jié)構(gòu)，如圖1所示。此種材料制備的薄膜太陽(yáng)能電池工藝簡(jiǎn)便、生產(chǎn)成本低、穩(wěn)定且轉(zhuǎn)化率高，自2009年至今，光電轉(zhuǎn)換效率從3.8%提升至22%以上，已高于商業(yè)化的晶硅太陽(yáng)能電池且具有較大的成本優(yōu)勢(shì)。

現(xiàn)有的各種鈣鈦礦太陽(yáng)能電池薄膜成型工藝可分為兩大類：溶液法和氣相法。在溶液法操作簡(jiǎn)便，但薄膜均一性、重復(fù)性差，影響電池的效率。氣相法有雙源共蒸發(fā)法、氣相輔助溶液法、化學(xué)氣相沉積（CVD）等方法，其中氣相溶液輔助法可制備均一、大晶粒尺寸、表面粗糙度小的鈣鈦礦薄膜，但薄膜的重復(fù)性、成膜質(zhì)量有待提高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，提供一種沉浸式制備鈣鈦礦薄膜的設(shè)備及使用方法和應(yīng)用，提供了一個(gè)均勻穩(wěn)定的反應(yīng)環(huán)境，可在制備過(guò)程中控制薄膜的晶體生長(zhǎng)，提高成膜質(zhì)量及均勻性和重復(fù)性，并可嵌入大型生產(chǎn)線進(jìn)行連續(xù)生產(chǎn)。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，提供一種沉浸式制備鈣鈦礦薄膜的設(shè)備，包括一密封腔室，在所述密封腔室內(nèi)至少設(shè)置有一組半封閉反應(yīng)器裝置，所述半封閉反應(yīng)器裝置包括下加熱升華裝置和上加熱臺(tái)，在所述下加熱升華裝置的頂部設(shè)置有開口朝上的器皿，在所述器皿內(nèi)盛載有反應(yīng)物前體，在所述器皿的正上方設(shè)置有基片架，所述基片架遮罩在器皿的開口上，在所述器皿的側(cè)面設(shè)置有基片架支撐平臺(tái)，所述基片架設(shè)置在基片架支撐平臺(tái)上，在所述基片架的下底面設(shè)置有待沉積的基片，所述基片位于器皿的正上方，其上的待沉積面正朝向器皿中的反應(yīng)物前體，所述上加熱臺(tái)設(shè)置在基片架上以加熱基片，所述反應(yīng)物前體被蒸發(fā)沉積到基片表面；控制密封腔室內(nèi)的氣壓，控制上加熱臺(tái)和下加熱升華裝置的加熱溫度。

進(jìn)一步地，所述器皿的開口面積大于基片的面積。

進(jìn)一步地，所述基片架可帶動(dòng)基片在水平或垂直方向來(lái)回往復(fù)運(yùn)動(dòng)。

進(jìn)一步地，在所述器皿內(nèi)的反應(yīng)物前體厚度為2~10mm，其厚度差不超過(guò)0.1~1.0mm；所述基片的待沉積面與反應(yīng)物前體的頂面高度距離為5~40mm。

進(jìn)一步地，所述密封腔室內(nèi)的反應(yīng)氣壓范圍為10^-5Pa~10⁵Pa，所述上加熱臺(tái)的加熱溫度范圍為20~400℃，所述下加熱升華裝置的加熱溫度范圍為20~400℃，反應(yīng)時(shí)間為10~120min。

進(jìn)一步地，所述密封腔室為小型腔體或大型連續(xù)生產(chǎn)設(shè)備，密封腔室內(nèi)的氣壓由真空泵和真空閥控制。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，還提供一種如前所述的沉浸式制備鈣鈦礦薄膜的設(shè)備的使用方法，包括以下步驟：