[發明專利]一種鈣鈦礦薄膜的制備方法及太陽能電池

有效

• 申請號: 201810314230.3
• 申請日: 2018-04-10
• 公開（公告）號: CN108470836B
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發明（設計）人: 夏瑞東;徐浩文;馬逾輝;張鶴懿;張皓然;蔣毛
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/48
• 代理公司: 南京正聯知識產權代理有限公司 32243
• 代理人: 王素琴

本發明公開了一種鈣鈦礦薄膜的制備方法，主要是將鐵酸鉍加入到甲苯中作為反溶劑中，在旋涂過程中對鈣鈦礦活性層表面進行沖洗，以獲得具有優異的晶粒尺寸、均勻和良好的表面粗糙度的薄膜，有利于提高載流子遷移率和擴散長度，提高電荷傳輸效率，應用到太陽能電池、發光器件和激光器件中能有效改善這類器件的性能。

技術領域

本發明屬于太陽能電池技術領域，具體涉及一種太陽能電池用的活性層的制備方法，尤其是一種鈣鈦礦薄膜的制備方法。

背景技術

鈣鈦礦材料是一類有著與鈦酸鈣(CaTiO3)相同晶體結構的材料，它最早在1839年由Rose發現于俄羅斯烏拉爾山的矽卡巖中，后來以俄羅斯地質學家Perovski的名字命名。狹義的鈣鈦礦是指礦物鈦酸鈣本身，而廣義的鈣鈦礦則是指具有鈣鈦礦結構類型的ABX₃型化合物，其中A和B是兩種陽離子，X是陰離子。這種特殊的晶體結構讓它具備了很多獨特的理化性質，比如吸光性、發光性、電催化等等，在物理、化學領域有諸多應用。特別是其具有優異的載流子遷移率，較長載流子的擴散長度和較少的激子結合能，使其在發光器件和太陽能電池的制備方面具有巨大優勢，近年來發展迅速，受到人們的廣泛關注。

對于以鈣鈦礦薄膜為活性層的器件來說，鈣鈦礦薄膜的晶胞生長情況和表面形貌對以鈣鈦礦薄膜為活性層的器件的一系列參數，包括發光器件的電壓-電流密度，啟亮電壓，流明效率，以及太陽能電池器件的開路電壓、短路電流密度、填充因子以及光電轉換效率起著至關重要的作用。而鈣鈦礦ABX₃薄膜的制備方法對其結構、形貌、電荷遷移率、電子壽命及光電轉換性能影響較大。目前的普遍觀點是鈣鈦礦薄膜表面平整、致密是獲得高質量鈣鈦礦薄膜的關鍵，鈣鈦礦薄膜的主要制備方法包括一步旋涂法、兩布溶液法、氣相沉積法和氣相輔助溶液法等，這些方法都是以獲得表面平整致密的鈣鈦礦薄膜為目標。

其中，“一步旋涂法”是在鈣鈦礦前驅液旋涂過程中滴加反溶劑，從而將原溶劑去除使鈣鈦礦快速結晶析出的方法，其在操作工藝和處理時間上占據優勢。這種方法的過程較為簡單，但是得到的薄膜表面較為粗糙，針孔狀缺陷較多，易造成薄膜中電荷的復合，嚴重影響薄膜的性能。因此，以旋涂法為基礎的工作多集中在如何選用適當的添加劑、反溶劑或者通過物理方法改變旋涂表面的蒸汽壓等方法來提高薄膜的表面平整度，從而提高電池的性能。目前，人們已經提出了很多方法對鈣鈦礦前驅體溶液的組成、溶劑的選擇、退火條件等方面進行優化。盡管取得一些成果，但在如何控制鈣鈦礦層晶粒尺寸和結晶性，從而獲得高質量、均勻致密的鈣鈦礦薄膜方面的仍少見報道。

因此，如何改進“一步旋涂法”制備鈣鈦礦薄膜，提高鈣鈦礦的結晶性，以獲得較大的晶粒尺寸和均勻的鈣鈦礦薄膜是亟待解決的問題。

發明內容

針對上述存在的問題，本發明旨在提供一種以鐵酸鉍作為反溶劑添加劑的鈣鈦礦薄膜的制備方法。采用本發明方法制備出的鈣鈦礦薄膜，具有優異的晶粒尺寸、均勻的薄膜和良好的表面粗糙度，有利于提高載流子遷移率和擴散長度，提高電荷傳輸效率，從而改善太陽能電池等發光器件的性能。

為了實現上述目的，本發明所采用的技術方案如下：一種鈣鈦礦薄膜的制備方法，具體操作步驟為：

1)將摩爾比為1:1:1的甲基碘化銨(MAI)粉末，碘化鉛(PbI₂)和二甲基亞砜(DMSO)溶解在二甲基甲酰胺(DMF)中作為鈣鈦礦前驅液，磁力攪拌過夜待用；

2)在甲苯中分散過量鐵酸鉍納米顆粒，磁力攪拌過夜，并于實驗前靜置10min，作為甲苯反溶劑待用；

3)在透明襯底表面滴加所述鈣鈦礦前驅液后開始旋涂，所述透明襯底指玻璃或柔性塑料透明襯底，并在旋涂過程中的第7-10s垂直于所述透明襯底勻速滴加分散有鐵酸鉍納米顆粒的所述甲苯反溶劑，對鈣鈦礦表面進行時長1s的沖洗，旋涂過程結束后置于100℃熱臺上退火10min，形成鈣鈦礦薄膜。