[發(fā)明專利]一種提高鈣鈦礦薄膜晶粒尺寸的制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910771656.6
• 申請(qǐng)日: 2019-08-20
• 公開（公告）號(hào): CN110459686A
• 公開（公告）日: 2019-11-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 許利剛;錢夢(mèng)園;陳潤(rùn)鋒;黃維
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京郵電大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L51/48
• 分類號(hào): H01L51/48;H01L51/46
• 代理公司: 32204 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙)
• 代理人: 柏尚春<國(guó)際申請(qǐng)>=<國(guó)際公布>=<進(jìn)入

本發(fā)明公開了一種提高鈣鈦礦薄膜晶粒尺寸的制備方法，將后處理溶液在5000～9000rpm的轉(zhuǎn)速下旋涂于鈣鈦礦吸光層上，并進(jìn)行80?120℃、0～30min的熱退火，形成薄膜后處理層，所述后處理溶液為N，N?二甲基甲酰胺的氯苯混合溶液。有效改善鈣鈦礦晶粒尺寸、減少晶界、減少非輻射復(fù)合從而提高電荷傳輸能力，有效提高了采用該方法制備的器件的填充因子及光電轉(zhuǎn)換效率，最大效率可達(dá)18.0％，填充因子可達(dá)到0.80。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鈣鈦礦薄膜的制備方法，特別涉及一種提高鈣鈦礦薄膜晶粒尺寸的制備方法。

背景技術(shù)

基于有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化鹵化鉛鈣鈦礦的光伏電池在過(guò)去幾年中是科學(xué)家和工程師的熱門研究課題.鈣鈦礦太陽(yáng)能電池(PSC)的功率轉(zhuǎn)換效率(PCE)在短短幾年內(nèi)超過(guò)了23％(Nam Joong Jeon，Hyejin Na，Eui Hyuk Jung.A fluorene-terminated hole-transportingmaterial for highly efficient and stable perovskitesolar cellsNat.Energy.2018，10：1038)。PSC的優(yōu)越性能得益于緩慢的電荷復(fù)合和接近統(tǒng)一的內(nèi)部量子效率，產(chǎn)生高短路電流密度(J_SC)和接近理論極限的開路電壓。鈣鈦礦活性層的薄膜質(zhì)量是相應(yīng)電池光伏性能的關(guān)鍵參數(shù)。結(jié)果表明，基于含有大顆粒(多晶顆粒)的鈣鈦礦薄膜的電池比基于小顆粒的薄膜具有更高的效率和更好的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。多晶顆粒的邊界/顆粒被認(rèn)為是通過(guò)非輻射復(fù)合導(dǎo)致能量損失的缺陷部位，降低了電池的效率。自第一次報(bào)告使用一步法旋涂制備MAPbX₃(X∶I，Br)薄膜以來(lái)，已經(jīng)開發(fā)出許多創(chuàng)新方法來(lái)改善鈣鈦礦薄膜的質(zhì)量。這些方法包括使用各種兩步制造方法，改變?nèi)軇┖蜏囟肉}鈦礦前體溶，形成溶劑配位中間體，在前體溶液中添加添加劑和鈣鈦礦膜后處理.這些方法的詳細(xì)機(jī)制可能尚不完全清楚。然而，能夠控制鈣鈦礦在各種基材上的成核和生長(zhǎng)是制備具有高結(jié)晶度，是制備大晶粒以及非常致密和平坦的高質(zhì)量薄膜的關(guān)鍵因素。因此，如果可以用有效的方法來(lái)控制鈣鈦礦成核和生長(zhǎng)，就可以制備具有形態(tài)最佳結(jié)晶度更高的鈣鈦礦薄膜，然后也可以有效改善的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的器件性能及重現(xiàn)性。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：本發(fā)明目的是提供一種通過(guò)后處理工序以此提高鈣鈦礦晶粒尺寸的方法。

技術(shù)方案：本發(fā)明提供一種提高鈣鈦礦薄膜晶粒尺寸的制備方法，將后處理溶液在5000～9000rpm的轉(zhuǎn)速下旋涂于鈣鈦礦吸光層上，并進(jìn)行80-120℃、0～30min的熱退火，形成薄膜后處理層，所述后處理溶液為N，N-二甲基甲酰胺(DMF)的氯苯(CB)混合溶液。

其中，用N，N-二甲基甲酰胺(DMF)的氯苯(CB)混合溶液進(jìn)行后處理可再次略微溶解已經(jīng)形成的鈣鈦礦晶粒，然后在退火過(guò)程中形成更大的鈣鈦礦晶粒且減小晶界縫隙，從而有效改善了鈣鈦礦晶粒尺寸，使鈣鈦礦薄膜更平坦致密，因而可以有效的提高電池的FF及PCE；并且能有效填補(bǔ)鈣鈦礦晶粒間晶界及針孔，增大晶粒尺寸，從而有效的降低了非輻射復(fù)合及陷阱態(tài)缺陷，獲得更大晶粒和平整致密的高質(zhì)量薄膜。

5000～9000rpm范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)可以更好地以防止DMF對(duì)已形成的鈣鈦礦晶粒溶解過(guò)度從而導(dǎo)致最后形成的薄膜較差。

80-120℃、0～30min的熱退火溫度及時(shí)間可以控制鈣鈦礦再次生長(zhǎng)時(shí)其結(jié)晶及生長(zhǎng)的速度，過(guò)快會(huì)導(dǎo)致晶粒多而小，過(guò)慢會(huì)導(dǎo)致晶粒生長(zhǎng)不均勻，晶界間隙過(guò)大從而減小所制備器件的整體性能，上述溫度和時(shí)間范圍最佳。

旋涂于鈣鈦礦吸光層而不是其他層的原因或效果：由于DMF是鈣鈦礦的良溶劑，采用DMF溶于其劣溶劑(氯苯(CB))中來(lái)達(dá)到不會(huì)過(guò)度溶解已形成的鈣鈦礦晶粒的目的，且該處理方法是為了使該后處理溶液滲透入鈣鈦礦的晶界間進(jìn)行鈣鈦礦晶粒的二次溶解及退火再生長(zhǎng)以制備更大晶粒尺寸和更小晶界間隙的高質(zhì)量鈣鈦礦薄膜。

進(jìn)一步地，所述N，N-二甲基甲酰胺(DMF)與氯苯(CB)的體積比為0.5％～3％。