[發明專利]鈣鈦礦薄膜的制備方法及鈣鈦礦太陽能電池器件

有效

• 申請號: 201810660023.3
• 申請日: 2018-06-25
• 公開（公告）號: CN108899420B
• 公開（公告）日: 2022-03-08
• 發明（設計）人: 曾文進;王惠平
• 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: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發明公開一種鈣鈦礦薄膜的制備方法及鈣鈦礦太陽能電池器件，其中，鈣鈦礦薄膜的制備方法包括下述步驟：(1)配制鈣鈦礦前驅體溶液，然后在其中添加反溶劑乙醚，混勻；(2)在基板表面滴加含有乙醚的鈣鈦礦前驅體溶液、開始旋涂，旋涂過程中滴加反溶劑甲苯，對鈣鈦礦表面進行沖淋；(3)旋涂結束后，對所得鈣鈦礦薄膜中間產物進行熱退火處理，得到鈣鈦礦薄膜。將乙醚加入到鈣鈦礦前驅體溶液中可控制鈣鈦礦晶體的生長，制備出的具有更為均勻的晶粒尺寸和更小表面粗糙度的鈣鈦礦薄膜，有利于提高載流子遷移率和擴散長度，提高電荷傳輸能力；將其用作鈣鈦礦太陽能電池器件的活性層，能夠有效改善器件的光伏性能。

技術領域

本發明涉及鈣鈦礦薄膜，特別涉及一種鈣鈦礦薄膜的制備方法以及以該方法制得的鈣鈦礦薄膜為活性層的太陽能電池器件，屬于鈣鈦礦半導體電池器件領域。

背景技術

1983年，德國礦物學家古斯塔夫·羅斯在俄羅斯境內發現了一種特殊的礦石樣本，其主要成分是鈦酸鈣(CaTiO₃)，他使用地質學家L.A.Perovski的名字命名了這種礦石。后來，和這種礦石有著相似分子結構的其他化合物也都被稱為perovskite，即我們現在所說的鈣鈦礦。鈣鈦礦材料分子結構可用ABX₃表示，B代表金屬陽離子(比如Pb²⁺或Sn²⁺)位于八面體核心位置；X代表鹵素陰離子(I^-、Cl^-或者Br^-)位于面中心位置；A代表陽離子，可以是鈣、鉀、鈉、鉛或其他稀有金屬元素，在有機-無機雜化鈣鈦礦情況下，A也可以是有機陽離子(比如甲胺基陽離子CH₃NH₃)，它位于立方晶體頂角，中和了結構整體帶電性。這種特殊的晶體結構使它具備了很多獨特的理化性質，比如較強的光吸收特性、雙極性電荷傳輸特性、較低的電子結合能、較長的電子空穴擴散長度、合適的且可調整的帶寬等等。這些優異的性能表現使得鈣鈦礦太陽能電池近年來發展迅速，引起了人們廣泛的關注。

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以及表面形貌對以鈣鈦礦薄膜為活性層的器件的一系列參數，包括器件的電壓-電流密度、流明效率，填充因子、光電轉換效率起著至關重要的作用。太陽能電池發展至今，科研學者們深入研究鈣鈦礦材料的結晶特性和結晶機理，探索出了多種成熟的鈣鈦礦薄膜制備工藝。其中，“一步溶液法”是最早應用于制備鈣鈦礦活性層薄膜的方法，也是最簡單的一種制備方法。此方法是在鈣鈦礦前驅體溶液旋涂過程中滴加一定量的反溶劑，使鈣鈦礦材料快速從原溶劑中析出，再進行熱退火去除多余溶劑。而且，該方法通常在溶劑中添加二甲基亞砜(DMSO)或在溶質中添加少量的CH₃NH₃Cl、PbCl₂或NH₄Cl以加入Cl元素調控鈣鈦礦成核和晶體生長。這種操作工藝制備得到的鈣鈦礦薄膜品質容易受前驅體濃度、熱退火溫度和時間，旋涂速率等因素的影響。因此，如何采用“一步溶液法”制備鈣鈦礦薄膜，提高鈣鈦礦材料的結晶性，以獲得晶胞尺寸更為均勻、粗糙度更小等條款薄膜是亟需解決的問題。

發明內容

發明目的：針對現有的鈣鈦礦薄膜制備方法存在的問題，本發明提供一種新的鈣鈦礦薄膜制備方法，可制備出高品質的鈣鈦礦薄膜；另外，本發明還提供一種采用該方法制備的鈣鈦礦薄膜為活性層的鈣鈦礦太陽能電池器件。

技術方案：本發明所述的一種鈣鈦礦薄膜的制備方法，包括下述步驟：

(1)配制鈣鈦礦前驅體溶液，然后在其中添加反溶劑乙醚，混勻；

(2)在基板表面滴加含有乙醚的鈣鈦礦前驅體溶液、開始旋涂，旋涂7～10s后在基板上滴加反溶劑甲苯、對鈣鈦礦表面進行沖淋；

(3)旋涂結束后，對所得鈣鈦礦薄膜中間產物進行熱退火處理，得到鈣鈦礦薄膜。