[發明專利]一種低溫制備大晶粒鈣鈦礦薄膜的方法

在審

• 申請號: 201811215433.3
• 申請日: 2018-10-18
• 公開（公告）號: CN109494305A
• 公開（公告）日: 2019-03-19
• 發明（設計）人: 張青紅;張歆;李耀剛;王宏志;侯成義
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: H01L51/48
• 分類號: H01L51/48;H01L51/42;H01L51/46
• 代理公司: 上海泰能知識產權代理事務所 31233
• 代理人: 黃志達;魏峯

本發明涉及一種低溫制備大晶粒鈣鈦礦薄膜的方法，包括：(1)將供體A和供體B加入溶劑中，攪拌，得到濃度為1～1.5M的鈣鈦礦前驅體溶液；(2)將步驟(1)制得的鈣鈦礦前驅體溶液旋涂在預處理后的導電基底上，同時滴加反溶劑，得到亞穩定的中間相薄膜；其中鈣鈦礦前驅體溶液和反溶劑的體積比為1:1～3；(3)將步驟(2)制得的中間相薄膜在60～80℃下退火處理，即得。利用該方法可實現鈣鈦礦的低溫成膜，制得的鈣鈦礦薄膜更加均勻致密而且晶粒明顯增大；利用該鈣鈦礦薄膜制得的柔性鈣鈦礦太陽能電池的光電轉換效率得到明顯提高。

技術領域

本發明屬于鈣鈦礦太陽能電池材料制備技術領域，特別涉及一種低溫制備大晶粒鈣鈦礦薄膜的方法。

背景技術

由于鈣鈦礦材料優異的光電性能，鈣鈦礦太陽能電池受到了廣泛的關注，發展出多種制備方法包括溶液法、化學氣相沉積、全印刷等方法。其中溶液法因為低溫制備、操作簡便、對設備依賴小等優點被廣泛應用。但是通過溶液法制備的鈣鈦礦薄膜表面粗糙，且存在有機溶劑的殘留，在制備過程中加入反溶劑可以提高鈣鈦礦的成膜質量。

反溶劑輔助溶液法需要退火處理蒸發溶劑以加速鈣鈦礦結晶。現有技術中通常的退火溫度選擇在100～150℃，這一溫度不利于在PET-ITO柔性基底上制備鈣鈦礦薄膜，因為PET的玻璃化轉變溫度在80℃左右，超過這一溫度PET會發生熱變形，最終導致制備的基于PET-ITO基底的柔性鈣鈦礦太陽能電池的效率普遍較低，且電池抗彎折性能差。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種低溫制備大晶粒鈣鈦礦薄膜的方法，以克服現有技術中采用常規溶液法制得的鈣鈦礦薄膜表面粗糙，且存在有機溶劑的殘留以及退火處理過程由于溫度高于柔性基底的玻璃化轉變溫度易導致熱變形，最終影響柔性鈣鈦礦太陽能電池性能的缺陷。本發明通過調控反溶劑和鈣鈦礦前驅體溶液的比例，使退火處理前的薄膜處于亞穩定態，在低溫下制備得到高質量的具有大晶粒的致密光滑鈣鈦礦薄膜，實現鈣鈦礦的低溫成膜和高質量結晶，用于制備高性能的柔性鈣鈦礦太陽能電池。

本發明的一種低溫制備大晶粒鈣鈦礦薄膜的方法，包括：

(1)將供體A和供體B加入溶劑中，攪拌，得到濃度為1～1.5M的鈣鈦礦前驅體溶液；其中供體A與供體B的摩爾比為1:1～2；

(2)將步驟(1)制得的鈣鈦礦前驅體溶液旋涂在預處理后的導電基底上，同時滴加反溶劑，得到亞穩定的中間相薄膜；其中鈣鈦礦前驅體溶液和反溶劑的體積比為1:1～3；可依據反溶劑的極性和沸點選擇合適的用量；

(3)將步驟(2)制得的中間相薄膜在60～80℃下退火處理，得到平均粒徑為250～500nm的大晶粒鈣鈦礦薄膜。

所述步驟(1)中的供體A為碘化鉛、溴化鉛中的一種或兩種；供體B為碘化甲脒、溴化甲脒、碘化甲胺、溴化甲胺中的一種或幾種。

所述步驟(1)中的供體A優選為碘化鉛和溴化鉛；供體B優選為碘化甲脒和溴化甲胺。

所述步驟(1)中供體A與供體B的摩爾比優選為1:1。

所述步驟(1)中鈣鈦礦前驅體溶液的濃度優選為1M。

所述步驟(1)的溶劑為N,N-二甲基甲酰胺和N,N-二甲基亞砜的混合溶液。

所述混合溶液中N,N-二甲基甲酰胺和N,N-二甲基亞砜的體積比為4:1。

所述步驟(2)中的導電基底為FTO玻璃、ITO玻璃、AZO玻璃或ITO-PET。

所述步驟(2)中的反溶劑為甲苯、氯苯、氯仿、乙醚或仲丁醇。

所述步驟(2)中的反溶劑最優選為甲苯，鈣鈦礦前驅體溶液和甲苯的體積比最優選為1:3。