[發(fā)明專利]一種鈣鈦礦多晶薄膜的印刷制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910402820.6
• 申請(qǐng)日: 2019-05-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110212098A
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-09-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭飛;麥耀華;邱舒迪
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 暨南大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L51/48
• 分類號(hào): H01L51/48
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 桂婷

本發(fā)明屬于材料制備工藝領(lǐng)域，公開(kāi)了一種鈣鈦礦多晶薄膜的印刷制備方法。本發(fā)明首先在鈣鈦礦前驅(qū)體溶液中加入適量添加劑得到混合溶液，然后在低溫條件下將混合溶液印刷在基底上，形成一層前驅(qū)體濕膜，再將前驅(qū)體濕膜通過(guò)抽真空，形成中間相鈣鈦礦薄膜，最后經(jīng)熱退火處理，得到結(jié)晶度高、均一性良好的鈣鈦礦多晶薄膜。該方法通過(guò)添加劑的加入實(shí)現(xiàn)了對(duì)晶體質(zhì)量和薄膜形貌的有效調(diào)控，且該方法具有廣泛普適性可以拓展到Cs基全無(wú)機(jī)鈣鈦礦、FA基鈣鈦礦或含有FA/Cs混合鈣鈦礦，以及Pb/Sn混合鈣鈦礦等多種不同組分鈣鈦礦薄膜的制備。該方法簡(jiǎn)單易行，有助于實(shí)現(xiàn)鈣鈦礦電池和鈣鈦礦其他器件的大面積制備和產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于材料制備工藝領(lǐng)域，具體涉及一種鈣鈦礦多晶薄膜的印刷制備方法。

背景技術(shù)

近年來(lái)，鈣鈦礦半導(dǎo)體材料因?yàn)榫哂懈呶庀禂?shù)、高載流子遷移率、低激子結(jié)合能等優(yōu)異的光電特性，成為最有前景的光伏材料之一，在學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界得到了廣泛關(guān)注。鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的光伏性能主要取決于一層厚度為500nm左右的鈣鈦礦多晶薄膜，而鈣鈦礦薄膜的質(zhì)量主要決定于制備工藝。目前，在實(shí)驗(yàn)室中，通過(guò)溶液加工制備鈣鈦礦薄膜的工藝主要包括基于反溶劑結(jié)晶的一步旋涂法和無(wú)機(jī)組分/有機(jī)組分依次沉積的兩步法工藝。很顯然，基于反溶劑萃取的一步法旋涂工藝無(wú)法應(yīng)用到大面積的鈣鈦礦電池制備，而兩步法容易造成有機(jī)組分或無(wú)機(jī)組分過(guò)量而影響鈣鈦礦的晶體質(zhì)量。

相比之下，一步法可以通過(guò)前驅(qū)體溶液的配置進(jìn)行化學(xué)組分的調(diào)節(jié)，可以有效避免某一組分過(guò)量或缺少帶來(lái)的晶體薄膜缺陷。一步法印刷工藝開(kāi)發(fā)已經(jīng)有大量文獻(xiàn)報(bào)道，但大部分都是在較高溫度下進(jìn)行前驅(qū)體涂布，通常大于100℃。其顯著缺點(diǎn)是在此高溫下涂布前驅(qū)體溶液，已經(jīng)超出鈣鈦礦結(jié)晶所需要的溫度，甚至接近溶劑的沸點(diǎn)，從而容易導(dǎo)致鈣鈦礦結(jié)晶和溶劑蒸發(fā)兩個(gè)過(guò)程同時(shí)或交替進(jìn)行。因此，高溫涂布無(wú)法對(duì)鈣鈦礦薄膜結(jié)晶過(guò)程進(jìn)行有效控制，從而無(wú)法控制鈣鈦礦的晶體質(zhì)量和薄膜微觀形貌，導(dǎo)致生產(chǎn)重復(fù)率低，難以應(yīng)用于實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中。

CN 105702870A公開(kāi)了一種利用溶液抽氣法制備鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中鈣鈦礦薄膜的方法，雖然可在低溶劑分壓的環(huán)境中進(jìn)行抽氣干燥使鈣鈦礦液膜中的溶質(zhì)在基體表面異相形核并生長(zhǎng)，再形成鈣鈦礦薄膜，但是控制干燥過(guò)程需要通過(guò)對(duì)基體粗糙形貌、熱量補(bǔ)償、抽氣速度和干燥速度等方面來(lái)控制，這些復(fù)雜的工藝參數(shù)在一定程度上限制了鈣鈦礦薄膜的大面積產(chǎn)業(yè)化制備。

CN 105702871 A公開(kāi)了一種利用溶液抽氣通氣法制備鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中鈣鈦礦薄膜的方法，但是需要在干燥過(guò)程中或完全干燥后通入不與鈣鈦礦反應(yīng)的化學(xué)氣體，在控制鈣鈦礦液膜中的溶質(zhì)在基體表面異相形核并生長(zhǎng)時(shí)，還需要對(duì)鈣鈦礦液膜或基底進(jìn)行熱量補(bǔ)償，其中化學(xué)氣體的流動(dòng)性將會(huì)對(duì)鈣鈦礦薄膜造成破壞，熱量補(bǔ)償會(huì)增加生產(chǎn)中的能量損失，從而嚴(yán)重阻礙鈣鈦礦材料的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

綜上所述，當(dāng)前已有的印刷工藝仍不能滿足對(duì)大面積鈣鈦礦多晶薄膜結(jié)晶過(guò)程進(jìn)行有效調(diào)控，因此，亟需開(kāi)發(fā)一種新的可以實(shí)現(xiàn)在低溫涂布，并對(duì)鈣鈦礦結(jié)晶過(guò)程進(jìn)行有效調(diào)控的印刷制備工藝。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，本發(fā)明的目的在于提供一種鈣鈦礦多晶薄膜的印刷制備方法。該方法解決現(xiàn)有技術(shù)中使用印刷技術(shù)制備大面積鈣鈦礦薄膜的三大不足：高溫涂布、結(jié)晶過(guò)程不可控和材料體系擴(kuò)展性差，從而獲得結(jié)晶度高、均勻和致密的鈣鈦礦多晶薄膜。

為了達(dá)到上述的目的，本發(fā)明采用的方案如下：

一種鈣鈦礦多晶薄膜的印刷制備方法，具體包括以下幾個(gè)步驟：

1)將含有鈣鈦礦前驅(qū)體的混合溶液，通過(guò)印刷方法涂布在基底上，沉積形成前驅(qū)體濕膜；

2)對(duì)步驟1)所得前驅(qū)體濕膜進(jìn)行真空預(yù)結(jié)晶處理，得到中間相鈣鈦礦薄膜；

3)對(duì)步驟2)所得中間相鈣鈦礦薄膜進(jìn)行退火處理，即形成鈣鈦礦多晶薄膜。