[發明專利]鈣鈦礦薄膜及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202011180725.5
• 申請日: 2020-10-29
• 公開（公告）號: CN112289932A
• 公開（公告）日: 2021-01-29
• 發明（設計）人: 于振瑞
• 申請（專利權）人: 無錫極電光能科技有限公司
• 主分類號: H01L51/00
• 分類號: H01L51/00;H01L51/48;H01L51/42
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 周紅

本發明公開了鈣鈦礦薄膜及其制備方法和應用。其中，該制備方法包括：(1)利用近空間升華法在基底上形成金屬鹵化物薄膜；(2)利用溶液法在所述金屬鹵化物薄膜形成有機鹵化物薄膜；(3)對步驟(2)得到的基底材料進行干燥、退火處理，以便使金屬鹵化物和有機鹵化物發生固相晶化反應形成鈣鈦礦薄膜。采用該方法制得的鈣鈦礦薄膜中，鈣鈦礦材料晶粒尺寸顯著增大，結晶方向一致性高，晶界缺陷密度低，具有更好的光電性能。

技術領域

本發明屬于太陽能電池領域，具體而言，涉及鈣鈦礦薄膜及其制備方法和應用。

背景技術

鈣鈦礦太陽能電池自2009年以來取得快速進展，實驗室小尺寸鈣鈦礦太陽電池的效率已經達到25.2％，僅次于單晶硅太陽電池26.7％的實驗室效率，高于多晶硅、CIGS、CdTe太陽電池的實驗室最高效率。在產業化方面，國內外很多機構和公司正在開展鈣鈦礦太陽電池產業化技術開發。鈣鈦礦太陽電池結構由有機-無機金屬鹵化物光敏層、正負電荷傳輸層、以及正負電極組成；其中，鈣鈦礦膜層是這一結構中的關鍵。鈣鈦礦太陽電池的產業化首先需要解決大面積均勻制備鈣鈦礦膜層的技術問題。

目前，鈣鈦礦膜層的制備一般采用一步溶液涂覆法(簡稱一步溶液法)，這類方法首先配制鈣鈦礦膜層的前驅液，然后利用旋涂、刮涂、狹縫涂布(slot-die)等工藝把包含鈣鈦礦各成分的溶液一次性涂覆在基底上，再利用干燥、退火等各種后處理手段使溶液揮發、鈣鈦礦結晶，形成多晶鈣鈦礦材料。也有把溶液涂覆分成兩步，第一步先涂覆一層金屬鹵化物PbX₂，待膜層干燥后再把有機鹵化物涂覆在PbX₂之上，然后干燥、退火，形成鈣鈦礦多晶薄膜。這種方法稱之為“兩步溶液法”。此外，真空蒸發技術也被用來制備鈣鈦礦薄膜，常見的真空蒸發是所謂的“共蒸發法co-evaporation”，該方法利用PbX₂、FAX、MAX等固態粉末作為原料，放在真空腔室中的不同蒸發源上，調整每個源的溫度讓各種材料共沉積，在基片上形成鈣鈦礦薄膜。實驗室最高效率的電池大都是利用溶液旋涂工藝制備的。旋涂工藝可以使用“反溶劑”，使得溶劑能夠迅速揮發，薄膜快速固化結晶，抑制雜相鈣鈦礦結構的生成，制備的鈣鈦礦膜層質量較高。但是，反溶劑在大面積鈣鈦礦薄膜制備時不能被廣泛使用。

發明內容

本發明旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。為此，本發明的一個目的在于提出鈣鈦礦薄膜及其制備方法和應用。

本發明主要是基于以下問題提出的：