[發明專利]一種銫錫碘薄膜的制備方法及其應用

有效

• 申請號: 202011389563.6
• 申請日: 2020-12-02
• 公開（公告）號: CN112647047B
• 公開（公告）日: 2022-02-15
• 發明（設計）人: 佘利敏;謝振楊;張偉風
• 申請（專利權）人: 河南大學
• 主分類號: C23C14/24
• 分類號: C23C14/24;C23C14/06;C23C14/58;H01L51/42;H01L51/46
• 代理公司: 西安銘澤知識產權代理事務所(普通合伙) 61223
• 代理人: 梁靜

本發明公開了一種銫錫碘薄膜的制備方法，屬于半導體材料技術領域。包括以下步驟：S1、在真空條件下，將二碘化錫和碘化銫分別加熱至440℃和210℃，并同時向基底沉積二碘化錫和碘化銫，冷卻至室溫，制得銫錫碘薄膜前驅體；其中，沉積的過程中，所述二碘化錫和碘化銫分別以0.5層/min的速率共沉積25～35min；所述基底溫度為?33～?23℃；S2、將基底上沉積的銫錫碘薄膜前驅體在溫度為100～120℃進行退火處理，即得銫錫碘薄膜。本發明提供的銫錫碘薄膜的制備方法工藝簡單、薄膜質量高，特別適合用于開發高性能的無鉛鈣鈦礦太陽能電池。

技術領域

本發明屬于半導體材料技術領域，具體涉及一種銫錫碘薄膜的制備方法及其應用。

背景技術

目前，一類有機-無機雜化鈣鈦礦半導體(AMX3，A為陽離子，常見為甲胺(MA)、甲瞇(FA)、銫(Cs)等，X為Cl，I，Br等)因其優異的光電性能被應用于平面異質結太陽電池。推進這種有機-無機鈣鈦礦太陽電池走向廣泛應用存在兩個關鍵難點:(1)需要將這種有機-無機雜化鈣鈦礦實現無鉛化，使其更加綠色、環保。(2)這種具有優異光電性能的有機金屬鈣鈦礦材料的熱穩定性需要進一步改善。一方面，錫(Sn)和鍺(Ge)被期望能替代這種雜化鈣鈦礦中的同族元素鉛(Pb)，從而使得這種鈣鈦礦太陽能電池能走向無鉛化。另一方面，堿金屬元素銫(Cs)可以用來取代這種有機金屬鈣鈦礦的有機基團(CH₃NH₃⁺)實現無機化，可能能在一定程度上改善這種鈣鈦礦光電材料的熱穩定性。CsSnI₃是一種無毒且直接帶隙約為1.3eV的半導體，理論上能量轉換效率可達33％。

盡管如此，以CsSnI₃作為光吸收層的的太陽能電池的能量轉換效應僅約為3％，遠低于含鉛的有機-無機雜化鈣鈦礦太陽能電池。傳統的制備方法(如：二步法等)制備的CsSnI₃薄膜存在高密度的Sn和Cs空位缺陷，從而使得其載流子(電子和空穴)的遷移長度和壽命變得更短，嚴重影響了其器件性能。二步法采用的交替沉積SnI₂和CsI方式容易造成CsSnI3薄膜的化學配比在空間分布上很難得到精確控制，從而形成大量的Sn和Cs空位缺陷。

發明內容

本發明的目的在于針對上述方法所存在的缺點與不足，提供一種銫錫碘薄

膜的制備方法，該制備方法工藝簡單、薄膜質量高，特別適合用于開發高性能的無鉛鈣鈦礦太陽能電池。

本發明第一個目的提供一種銫錫碘薄膜的制備方法，包括以下步驟：

S1、在真空條件下，將二碘化錫和碘化銫分別加熱至440℃和210℃，并同時向基底沉積二碘化錫和碘化銫，冷卻至室溫，制得銫錫碘薄膜前驅體；

其中，沉積的過程中，所述二碘化錫和碘化銫分別以0.5層/min的速率共沉積25～35min；所述基底溫度為-33～-23℃；

S2、將基底上沉積的銫錫碘薄膜前驅體在溫度為100～120℃進行退火處理，即得銫錫碘(CsSnI₃)薄膜。

優選的，所述真空≥10^-6Pa。

優選的，所述基底為Au膜、Au(111)單晶或石墨烯化的SiC(0001)。

優選的，所述退火過程中，升溫速率為2.0～5℃/min。

更優選的，退火時間30～60min。

本發明第二個目的是提供一種銫錫碘薄膜。

本發明第三個目的是提供一種上述所述的銫錫碘薄膜在無鉛鈣鈦礦太陽能電池中的應用。

本發明與現有技術相比具有如下有益效果：