[發(fā)明專(zhuān)利]一種藍(lán)黑色鈣鈦礦薄膜的制備方法及其應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810049320.4
• 申請(qǐng)日: 2018-01-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108336233B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-03-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 姜辛;邱建航;王高翔;王立鵬;劉魯生
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院金屬研究所
• 主分類(lèi)號(hào): H01L51/48
• 分類(lèi)號(hào): H01L51/48;H01L51/46;H01L51/42
• 代理公司: 沈陽(yáng)優(yōu)普達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 張志偉

本發(fā)明屬于薄膜材料制備領(lǐng)域，具體為一種藍(lán)黑色鈣鈦礦(FAPbI₃)薄膜的制備方法及其應(yīng)用。該方法包含以下步驟：將碘化甲脒(FAI)和碘化鉛(PbI₂)按一定化學(xué)計(jì)量比溶于前驅(qū)體溶劑中，室溫?cái)嚢柚镣耆芙猓膀?qū)體溶劑為二甲基甲酰胺(DMF)與N?甲基吡咯烷酮(NMP)等路易斯堿的混合溶劑；將鈣鈦礦前驅(qū)體溶液以一定轉(zhuǎn)速旋涂于基片上，待旋涂機(jī)到達(dá)指定轉(zhuǎn)速后，滴加乙醚、氯苯、甲苯等反極性溶劑；旋涂結(jié)束后，將基片至于加熱臺(tái)上，在120～180℃下退火2～60分鐘，制成藍(lán)黑色鈣鈦礦薄膜。本發(fā)明制備的藍(lán)黑色鈣鈦礦(FAPbI₃)薄膜，純度高，delta相含量少。在鈣鈦礦太陽(yáng)能電池上所使用的鈣鈦礦層，可以采用上述方法制備的藍(lán)黑色鈣鈦礦薄膜。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于薄膜材料制備領(lǐng)域，具體為一種藍(lán)黑色鈣鈦礦(FAPbI₃)薄膜的制備方法及其應(yīng)用。

背景技術(shù)

鈣鈦礦太陽(yáng)能電池是以含鹵有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦材料(MAPbI₃、FAPbI₃等，MA：CH₃NH₃、FA：NH₂CH＝NH₂)為核心的新型光伏電池，這類(lèi)材料具有摩爾消光系數(shù)高、吸收光譜范圍寬、載流子輸運(yùn)性能優(yōu)良、成本低廉、制備工藝過(guò)程簡(jiǎn)單、顏色多彩可調(diào)及可合成在柔性基底上等諸多優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)過(guò)近幾年的快速發(fā)展，鈣鈦礦光伏電池的實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)換效率已突破20％，部分性能達(dá)到甚至超過(guò)碲化鎘、銅銦鎵硒等薄膜光伏電池，具有極佳的民用前景。

研究表明，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的性能主要取決于器件制備過(guò)程中所合成的鈣鈦礦薄膜質(zhì)量，能否制備致密性高、孔洞少、光吸收優(yōu)良的鈣鈦礦薄膜也就成為制備性能優(yōu)良鈣鈦礦光伏電池的關(guān)鍵。對(duì)于MAPbI₃型鈣鈦礦材料，已有較為成熟的高質(zhì)量薄膜制備工藝，例如：中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)(公開(kāi)號(hào)CN105336856A)，公開(kāi)一種制備鈣鈦礦薄膜的新方法，采用有機(jī)胺氣體處理鈣鈦礦前驅(qū)體薄膜，制備高質(zhì)量MAPbI₃型鈣鈦礦薄膜。中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)(公開(kāi)號(hào)CN104409639A)，公開(kāi)一種有機(jī)鈣鈦礦薄膜的制備方法，采用超聲霧化方法將前驅(qū)體沉積到襯底材料上，從而制備高質(zhì)量MAPbI₃型鈣鈦礦薄膜。

但是，對(duì)于FAPbI₃型鈣鈦礦材料，由于這種材料在低于160℃條件下極易出現(xiàn)非鈣鈦礦delta相，而delta相的產(chǎn)生會(huì)嚴(yán)重?fù)p害光伏電池的性能，這使得高質(zhì)量FAPbI₃型鈣鈦礦薄膜的制備中delta相含量的控制就成為研究者和工業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)。例如：中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)(公開(kāi)號(hào)CN105006522A)，公開(kāi)一種基于鈣鈦礦的倒置薄膜太陽(yáng)能電池及其制備方法，F(xiàn)APbI₃薄膜的制備步驟為：(1)將碘化甲脒(NH₂CH＝NH₂I(FAI))與碘化鉛(PbI₂)以1:1摩爾比混合溶解在二甲基甲酰胺(DMF)溶劑中，常溫?cái)嚢韬螅瑢?duì)溶液進(jìn)行過(guò)濾；(2)在基底旋涂FAPbI₃鈣鈦礦前驅(qū)體層，在旋涂過(guò)程中用氯苯進(jìn)行清洗；將導(dǎo)電基底在120～140℃條件下對(duì)鈣鈦礦前驅(qū)體溶液進(jìn)行退火處理，待鈣鈦礦層完全結(jié)晶即可制備FAPbI₃型鈣鈦礦薄膜，但這種方法制備的薄膜中delta相含量通常較大，抑制電池性能的進(jìn)一步提高。

綜上所述，相比于MAPbI₃型鈣鈦礦材料(禁帶寬度為～1.5eV)，禁帶寬度為～1.4eV的FAPbI₃型鈣鈦礦材料具有更寬的光譜吸收范圍，以其為核心的光伏電池具有更高的理論轉(zhuǎn)換效率，這使得能否制備高質(zhì)量、delta相含量低的FAPbI₃型鈣鈦礦薄膜就成為這種材料能否進(jìn)一步提高其在光伏發(fā)電領(lǐng)域的關(guān)鍵。

發(fā)明內(nèi)容