[發明專利]鈣鈦礦薄片的制作方法、單晶鈣鈦礦電池的制備方法

在審

• 申請號: 201911075852.6
• 申請日: 2019-11-06
• 公開（公告）號: CN110797462A
• 公開（公告）日: 2020-02-14
• 發明（設計）人: 葛文奇;田清勇;范斌;范利生;陳加坡;方主亮;馬英壯;蔡龍華
• 申請（專利權）人: 蘇州協鑫納米科技有限公司
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/48;B28D5/04
• 代理公司: 32256 南京利豐知識產權代理事務所(特殊普通合伙)
• 代理人: 趙世發;王鋒

本發明公開了一種鈣鈦礦薄片的制作方法、單晶鈣鈦礦電池的制備方法。所述鈣鈦礦薄片的制作方法包括：在鈣鈦礦晶粒表面設置保護層，之后再對所述的鈣鈦礦晶粒進行切片，進而獲得所述的鈣鈦礦薄片。本發明使用樹脂包裹大晶粒鈣鈦礦顆粒進行切片，能夠避免在切割鈣鈦礦顆粒時鈣鈦礦被破壞，且采用本發明的方法更容易切割成完整薄片；以及，采用真空沉積法在大尺寸單晶鈣鈦礦上制備傳輸層、電極，不會破壞鈣鈦礦，其操作工藝簡單、不會降低電池的光電轉換效率。

技術領域

本發明特別涉及一種鈣鈦礦薄片的制作方法、單晶鈣鈦礦電池的制備方法，屬于鈣鈦礦電池制備技術領域。

背景技術

石油、煤炭、天然氣等非可再生能源，儲量有限、開發成本高且使用過程中容易造成環境污染等問題，開發清潔可再生能源受到廣泛的關注，太陽能電池作為地球上總量最大的可再生能源，成為許多人研究的對象。鈣鈦礦有較寬的吸光范圍、高吸光系數、高載流子遷移率、長電子-空穴擴散距離，并且可以通過調節材料的組分來調節其帶隙寬度。此外，鈣鈦礦電池的結構簡單、制備工藝簡單、價格便宜，光電轉化效率超過23％，具有很大的產業化前景。鈣鈦礦薄膜的成膜質量會影響電池的效率、穩定性及大面積的應用，目前鈣鈦礦層主要采用旋涂法、刮涂法或噴涂法制備，以期獲得平整致密的多晶薄膜，但鈣鈦礦薄膜的成膜質量受原料純度、結晶工藝等因素影響，控制過程較為復雜，難以避免厚度不均一、晶粒大小不一致、孔洞等影響多晶薄膜質量的問題。

大尺寸鈣鈦礦單晶的制備技術日益成熟，目前已有文獻報道可制備10cm尺寸的鈣鈦礦單晶。利用單晶切片技術，可以獲得鈣鈦礦單晶薄膜，其光電性能優于多晶薄膜，在其基礎上制備的鈣鈦礦太陽能電池具有更高的光電轉化效率和穩定性。但是鈣鈦礦質地不夠堅硬、不耐高溫、遇水容易分解，很難在大尺寸單晶鈣鈦礦兩側制備傳輸層，并且獲得高的光電轉化效率。另，還有文獻報道公開了在玻璃狹縫中直接生長鈣鈦礦單晶薄膜的技術方案，但此法制備的單晶薄膜厚度較厚，且制備效率較低。

在鈣鈦礦電池的制備過程中，鈣鈦礦薄膜不耐高溫，遇水容易分解，不易制備成高效、穩定的電池器件；其中，多晶鈣鈦礦薄膜的粗糙度、成分分布、孔洞等難以有效控制，并且多晶鈣鈦礦晶粒小、晶界多，易產生載流子復合，降低器件的性能；單晶鈣鈦礦不夠堅硬、耐沖擊性差，不易切割成薄膜，切割形成的微米及以下精度的薄片的工藝復雜并且難以實現，而鈣鈦礦薄膜過厚會影響光電傳輸層的載流子傳輸。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種鈣鈦礦薄片的制作方法、單晶鈣鈦礦電池的制備方法，進而克服現有技術中的不足。

為實現前述發明目的，本發明采用的技術方案包括：

本發明實施例提供了一種鈣鈦礦薄片的制作方法，其包括：在鈣鈦礦晶粒表面設置保護層，之后再對所述的鈣鈦礦晶粒進行切片，進而獲得所述的鈣鈦礦薄片。

本發明實施例還提供了一種單晶鈣鈦礦電池的制備方法，其包括：

采用所述的鈣鈦礦薄片的制作方法制作形成單晶鈣鈦礦薄片；

采用電子束沉積的方式在單晶鈣鈦礦薄片相背對的兩側表面分別制作形成電子傳輸層和空穴傳輸層；

采用離子束沉積的方式在所述的電子傳輸層和/或空穴傳輸層的表面制作形成透明金屬電極，進而形成所述的單晶鈣鈦礦電池。

與現有技術相比，本發明使用樹脂包裹大尺寸鈣鈦礦晶粒進行切片，能夠避免鈣鈦礦薄片的表面被破壞、污染，影響載流子運輸；并且可以固定鈣鈦礦晶粒，防止鈣鈦礦晶粒破裂；以及，采用本發明的方法更容易切割成完整薄片；另外，采用真空沉積的方式在大尺寸單晶鈣鈦礦薄片上制備傳輸層、電極，不會破壞鈣鈦礦，其操作工藝更加簡單且不會降低電池的光電轉換效率。

附圖說明

圖1是本發明一典型實施案例中一種鈣鈦礦電池的結構示意圖；