[發(fā)明專利]一種禁帶寬度可調(diào)的鉻摻雜錫酸鋇納米多孔薄膜及制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811618780.0
• 申請日: 2018-12-28
• 公開（公告）號: CN109728168A
• 公開（公告）日: 2019-05-07
• 發(fā)明（設計）人: 高相東;張彤彤;楊京南;吳永慶
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/46;H01L51/48;B82Y10/00;B82Y30/00
• 代理公司: 上海瀚橋?qū)＠硎聞账?普通合伙) 31261
• 代理人: 曹芳玲;鄭優(yōu)麗

本發(fā)明涉及一種禁帶寬度可調(diào)的鉻摻雜錫酸鋇納米多孔薄膜及制備方法，所述納米多孔薄膜通過將由鉻摻雜錫酸鋇納米顆粒和有機溶劑混合得到的前驅(qū)膠體溶液涂覆在襯底上后經(jīng)熱處理而得到，所述鉻摻雜錫酸鋇納米多孔薄膜的無機成分為BaSn_1?xCr_xO₃，其中0≤x≤0.5。

技術領域

本發(fā)明涉及一種禁帶寬度可調(diào)的材料--鉻摻雜錫酸鋇納米多孔薄膜及其制備方法，屬于半導體氧化物薄膜材料技術領域。

背景技術

探索高轉(zhuǎn)換效率、高穩(wěn)定性、低成本的新型光電轉(zhuǎn)換材料是光伏材料研究的永恒主題。當前最熱門的太陽能電池當屬于鈣鈦礦太陽能電池(PSC)，其繼承并脫胎于染料敏化太陽能電池(DSSC)，致力于解決晶硅、碲化鎘等太陽能電池的若干缺點，如轉(zhuǎn)換效率較低、貴金屬染料價格較高、液態(tài)電解質(zhì)易揮發(fā)泄露等問題。

目前，鈣鈦礦太陽能電池的吸光層仍以有機-無機復合鹵素鈣鈦礦材料(甲胺鉛碘：CH₃NH₃PbI₃)為主，然而，甲胺鉛碘材料的不穩(wěn)定性、毒性限制了其在光伏太陽能電池器件領域的應用，所以，窄禁帶、高穩(wěn)定、全無機的鈣鈦礦光吸收材料必將成為研究熱點。堿土金屬錫酸鹽是一類典型的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的復合氧化物材料，禁帶寬(3.18-4.5eV)，電阻大，高溫性質(zhì)穩(wěn)定，具有豐富的光學、電學、磁學特性，得到了廣泛研究。英國K.P.Marshall等人采用碘錫銫(CsSnI₃)作為光吸收材料，制備出光電轉(zhuǎn)換效率為3.56％的鈣鈦礦太陽能電池。因此，錫酸鹽材料有望推動鈣鈦礦太陽能電池器件的發(fā)展。

在錫酸鹽制備上，由于其禁帶寬度較寬，難以實現(xiàn)與空穴傳輸層的能級匹配。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種能有效調(diào)控禁帶寬度和拓寬吸光范圍的鈣鈦礦吸光材料鉻摻雜錫酸鋇納米多孔薄膜及其制備方法。

在此，一方面，本發(fā)明提供一種鉻摻雜錫酸鋇納米多孔薄膜，所述納米多孔薄膜通過將由鉻摻雜錫酸鋇納米顆粒和有機溶劑混合得到的前驅(qū)膠體溶液涂覆在襯底上后經(jīng)熱處理而得到，所述鉻摻雜錫酸鋇納米多孔薄膜的無機成分為BaSn_1-xCr_xO₃，其中0≤x≤0.5。

根據(jù)上述發(fā)明，在堿土金屬錫酸鹽錫酸鋇中引入摻雜元素鉻，由此形成的鈣鈦礦吸光材料鉻摻雜錫酸鋇納米多孔薄膜，實現(xiàn)了能帶帶隙的有效調(diào)控和拓寬了吸光范圍。例如，本發(fā)明的一實施形態(tài)的禁帶寬度可調(diào)的鉻摻雜錫酸鋇納米多孔薄膜能帶帶隙寬度從3.05eV有效降低到2.68eV，吸光范圍從400nm拓寬到600nm。

本發(fā)明中鉻摻雜錫酸鋇納米多孔薄膜在400-600nm的可見光波段具有可調(diào)的光學性能。該鉻摻雜錫酸鋇納米多孔薄膜的光學能帶帶隙寬度實現(xiàn)可控調(diào)節(jié)，通過元素鉻的摻雜，帶隙寬度為2.68～3.05eV。所述鉻摻雜錫酸鋇納米多孔薄膜的無機成分BaSn_1-xCr_xO₃中，0≤x≤0.5，鉻摻雜調(diào)整納米顆粒禁帶寬度，優(yōu)選0＜x≤0.5，更優(yōu)選0.5≤x≤0.15，帶隙寬度為2.93～2.68eV。

較佳地，所述納米多孔薄膜表面可具有多孔結(jié)構(gòu)，比表面積為10～30m²/g，孔徑為1～10nm；厚度為25～1000nm；表面均方根粗糙度為1～100nm。

另一方面，本發(fā)明還提供一種制備上述鉻摻雜錫酸鋇納米多孔薄膜的制備方法，包括：

按照(10～500)mg：(50～500)ml的比例將鉻摻雜錫酸鋇納米顆粒與有機溶劑混合，得到鉻摻雜錫酸鋇前驅(qū)膠體溶液；以及

將所述鉻摻雜錫酸鋇前驅(qū)膠體溶液涂覆在襯底上后，在空氣中于100～500℃熱處理1～24小時，得到所述鉻摻雜錫酸鋇納米多孔薄膜。