[發明專利]一種離子液體鈣鈦礦介質及制備方法

在審

• 申請號: 202010912376.5
• 申請日: 2020-09-02
• 公開（公告）號: CN112071987A
• 公開（公告）日: 2020-12-11
• 發明（設計）人: 陳永華;陳暢順;黃維;宋霖;冉晨鑫
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/46
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

本發明涉及一種離子液體鈣鈦礦介質及制備方法，離子液體代替了傳統的有機溶劑制備出鈣鈦礦介質，基于室溫熔融鹽溶劑制備出離子液體鈣鈦礦印刷介質，實現了在無毒、環境友好條件下的操作。再有利用離子液體鈣鈦礦介質的高粘度特性，采用多種印刷方式制備出致密、無孔洞、大晶粒的鈣鈦礦薄膜。能夠為實現了絲網印刷、刮涂涂布等印刷方式的鈣鈦礦薄膜制備提供離子液體鈣鈦礦印刷介質。

技術領域

本發明屬于鈣鈦礦介質及制備方法，涉及一種離子液體鈣鈦礦介質及制備方法。

背景技術

鈣鈦礦太陽能電池作為第三代太陽能電池，在器件效率和生產成本方面有著傳統的太陽能電池無可比擬的優勢，具有顯著的商業化前景。鈣鈦礦功能層的制備是整個太陽能器件的核心環節，鈣鈦礦介質的性質對鈣鈦礦吸收層的制備起著關鍵性的作用，影響著鈣鈦礦器件的整體效率。為了進一步與鈣鈦礦產業化目標接軌，進一步降低生產成本，目前普遍使用印刷方式制備鈣鈦礦薄膜。然而，在使用印刷技術制備薄膜的過程存在以下兩個問題：一是鈣鈦礦印刷介質一般以二甲基甲酰胺(DMF)，二甲基亞砜(DMSO)，N-甲基吡咯烷酮(NMP)，γ-丁內酯(GBL)等有機試劑作為溶劑，這些傳統的有機溶劑毒性大、對環境不友好、對人體造成持續性損傷。二是這些傳統溶劑制備的鈣鈦礦印刷介質粘度低、濃度低，不適合絲網印刷法等低成本的薄膜制備方法，增加了生產成本。因此，為了實現環境友好型制備，降低鈣鈦礦產業化成本，有必要開發一種新鈣鈦礦印刷介質來克服因傳統有機溶劑的使用給鈣鈦礦印刷薄膜帶來的諸多問題。

為了降低產業化成本，目前鈣鈦礦印刷介質的制備并沉積方法主要包括以下兩類：

鈣鈦礦有機和無機部分分步溶解制膜：將溶有金屬鹵化物的有機溶液先旋涂在基底上，待其干燥后，采用滾筒印刷、噴墨印刷、狹縫式印刷、刮涂等方法印刷一層溶解有有機鹵化物的有機介質，退火并沉積鈣鈦礦薄膜的一類方法。

鈣鈦礦有機和無機部分共混溶解制膜：金屬鹵化物和有機鹵化物共混溶解于一種或多種有機溶劑中來配備鈣鈦礦印刷介質，采用滾筒印刷、噴墨印刷、狹縫式印刷、刮涂等方法將鈣鈦礦介質一步印刷在襯底表面，退火并沉積鈣鈦礦薄膜的一類方法。

現有的鈣鈦礦印刷介質主要有以下缺點：

1、為了溶解有機鹵化物和無機鹵化物來制備鈣鈦礦介質，需要使用大量有毒的有機試劑，與綠色無污染目標不符，傷害人體健康，產生不可逆損傷。

2、傳統有機溶劑制備的鈣鈦礦介質濃度較低，印刷后的濕潤薄膜退火溫度高且時間長，鈣鈦礦薄膜質量較差，晶粒尺寸小且易分解，直接影響鈣鈦礦太陽能器件的整體性能和效率。

3、鈣鈦礦介質粘度較小，鈣鈦礦印刷方式有局限性，不適合成本更加低廉的絲網印刷方法制備功能層薄膜；傳統的印刷方式制備的鈣鈦礦薄膜質量普遍不高，薄膜厚度、薄膜印刷區域等因素控制困難。

參考文獻：

(1)Puneeth，S.B.；Goel，S.，Novel 3D Printed Microfluidic Paper-BasedAnalytical Device With Integrated Screen-Printed Electrodes for AutomatedViscosity Measurements.IEEE Transactions on Electron Devices 2019,66(7)，3196-3201.

(2)Chao，L.；Xia，Y.；Li，B.；Xing，G.；Chen，Y.；Huang，W.，Room-TemperatureMolten Salt for Facile Fabrication of Efficient and Stable Perovskite SolarCells in Ambient Air.Chem 2019，5(4)，995-1006.