[發明專利]一種無機銫鉛鹵鈣鈦礦磁控濺射靶材制備與回收和薄膜生長技術

在審

• 申請號: 202011235844.6
• 申請日: 2020-11-09
• 公開（公告）號: CN112226738A
• 公開（公告）日: 2021-01-15
• 發明（設計）人: 曹丙強;徐帆;張永政;齊文濤;孫海瑞
• 申請（專利權）人: 曲阜師范大學
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35;C23C14/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及光伏器件制作工藝領域，具體為一種無機銫鉛鹵鈣鈦礦磁控濺射靶材制備與回收和薄膜生長技術。常規的溶液法制備無機鈣鈦礦薄膜，由于過快的液相反應不易控制，導致鈣鈦礦薄膜出現不均勻、多孔洞的現象，進而影響薄膜的質量和性能。本發明設計了一種無機鈣鈦礦磁控濺射靶材的制備與回收技術，并采用該靶材在襯底上濺射生長薄膜。該技術克服了溶液法生長薄膜多孔洞的缺點，生長出均勻分布、形貌緊湊、低缺陷密度、高相純度的無機鈣鈦礦薄膜，其優化的性能和穩定的技術為鈣鈦礦薄膜的商業化生產應用提供了新思路。

技術領域

本發明涉及光伏器件制作工藝領域，特別涉及一種無機銫鉛鹵基鈣鈦礦薄膜的制作方法及其制作的太陽能電池技術領域。

背景技術

近些年來，單結有機鈣鈦礦光伏電池的光電轉換效率從3.8%提升至25.2%，卻依然難以商用，究其原因為吸收層采用金屬鹵化物有機鈣鈦礦，因易于分解而不能夠在自然條件下長期穩定存在。因此，科研人員將焦點轉移至穩定性相對較高的銫鉛鹵基無機鈣鈦礦薄膜，銫鉛鹵基無機鈣鈦礦是一種應用潛力巨大且光伏性能優越的半導體材料，具有一系列優點：①直接帶隙，光生載流子的產生不需要聲子參與，因而吸收系數高；②帶隙可調，可以通過改變元素組分靈活設計帶隙寬度，進而與太陽光譜最佳匹配；③可摻雜度高，即使用Sn或Mn部分取代Pb原子，其晶體結構仍然是鈣鈦礦型；④穩定性高，因熱穩定性和抗輻射能力較高，因而使用壽命較長。

目前，銫鉛鹵基無機鈣鈦礦薄膜的主要制備方法為多步旋涂法和反溶劑輔助旋涂成膜法。上述兩種方法均屬于溶液法，即通常采用DMF、DMSO等有機溶劑配制膠體溶液，進而在襯底上旋涂成膜。溶液法不僅采用危害健康的有毒化學試劑，而且易出現溶質團聚的現象，使得最終制作的吸收層薄膜不均勻且多孔洞，導致晶體表面和晶界處產生缺陷態，最終影響器件的光子吸收、電荷輸運以及轉換效率的提升，成為亟待解決的技術難題。

發明內容

本發明要解決的技術問題是為了克服現有技術的溶液法制作的銫鉛鹵基無機鈣鈦礦薄膜存在吸收層薄膜不均勻且多孔洞的缺陷，提供一種銫鉛鹵基無機鈣鈦礦薄膜的制作方法及其制作的太陽能電池，該方法避免了有毒化學試劑的使用，采用該方法制作的銫鉛鹵基無機鈣鈦礦薄膜不僅孔洞較少，還具有組分均一以及平整度高的優點。

本發明是通過下述技術方案來解決上述技術問題：

（A）制備靶材，

（A1）將CsX_m和PbY_n粉末按照1:1-1.1混合，其中X和Y為Cl、Br或I元素，m和n為1或2，并在-4 ℃球磨4小時；

（A2）將混合粉末倒入壓制模具內，并使用100-200噸壓力壓制3-10分鐘，制作成靶材；

（B）使用磁控濺射技術在0.5-0.8 Pa的Ar氣氛下將該靶材濺射至襯底形成500-2000nm厚度的CsPbX_mY_n薄膜；

（C）靶材回收。

較佳地，該（A1）步驟和該（A2）步驟之間還包括（A11）步驟：

將步驟（A1）球磨制作的粉末在真空條件下，使用馬弗爐80℃加熱2小時，升溫至200 ℃并保持2小時，然后降溫至常溫。

較佳地，該（A）步驟還包括（A3）步驟：使用馬弗爐將該靶材在300 ℃燒結12小時。

較佳地，該（B）步驟：使用磁控濺射技術在0.5-0.8 Pa的Ar氣氛下將該靶材濺射至襯底制作500-2000 nm厚度的CsPbX_mY_n薄膜，然后在200 ℃條件下原位退火10-30 min。