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[發明專利]一種有效減少鈣鈦礦組分中鉛含量的方法有效

專利信息
申請號: 202110361560.X 申請日: 2021-04-02
公開(公告)號: CN113104894B 公開(公告)日: 2022-06-10
發明(設計)人: 常晶晶;林珍華;王璐;郭雨佳;蘇杰;張進成;郝躍 申請(專利權)人: 西安電子科技大學
主分類號: C01G45/00 分類號: C01G45/00;C01G21/00;C03C17/22;H01L51/42;H01L51/46;H01L51/50;H01L51/54
代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205 代理人: 王品華
地址: 710071*** 國省代碼: 陜西;61
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摘要:
搜索關鍵詞: 一種 有效 減少 鈣鈦礦 組分 含量 方法
【說明書】:

本發明公開了一種有效減少鈣鈦礦組分中鉛含量的方法,主要解決現有單一摻雜減鉛效果不理想,造成光電性能及穩定性差的問題。其方案是:將Zn、Mn、Cu、Ni、Ge、Sn、Au、Ti、Zr元素中的任意兩種或兩種以上,按不同的組合方式對鉛基鈣鈦礦進行共摻雜,包括Zn與Mn共摻雜、Zn與Cu、Ni、Ge、Sn、Au、Ti、Zr中的一種或多種共摻雜、Ge、Sn中的一種或兩種與Cu、Ni、Au、Ti、Zr中的一種或多種共摻雜、Mn與Cu、Ni、Au、Ti、Zr中的一種或多種共摻雜,以減少鈣鈦礦組分中的鉛含量。本發明降低了鈣鈦礦毒性,保證了光電性能和穩定性,可廣泛的用于吸光層材料的低鉛化處理。

技術領域

本發明屬于半導體材料技術領域,更進一步涉及一種減少鈣鈦礦組分中鉛含量的方法,可用于太陽能電池、光電探測器、發光二極管中吸光層材料的低鉛化處理和性能改進。

背景技術

太陽能是一種取之不竭的清潔能源,也是一類重要的新能源。太陽能電池作為一種將太陽能轉化為電能的光電器件,在國際上受到廣泛地關注。與此同時,探測、發光等光電器件也為人類生活水平的提高做出了重要的貢獻。在光電器件中,最重要的就是其中起到光電轉換作用的半導體材料,鈣鈦礦材料就是一種這樣的材料。由于鈣鈦礦材料具有較低的載流子復合幾率和較高的載流子遷移率,使其能夠獲得較長載流子的擴散距離和壽命,再加上其極高的吸光能力,使其很適合用作吸光層。研究人員通過調整其組分,可以調節其光電性質,進而可以適用于各類光電器件中。于是,鈣鈦礦材料的光電器件近年來發展極為顯著。但是,目前最主流的鈣鈦礦材料都含有鉛元素,對環境和人體均具有很大危害。研究者通常通過用二價錫或二價鍺替代二價鉛,來實現無鉛鈣鈦礦材料,但二價錫或二價鍺易被氧化,這使其制得的器件極不穩定。也有研究人員通過摻雜過渡金屬元素鋅,替換鉛的同時提高材料光伏特性,但由于鋅的高濃度摻雜難以實現,仍不能有效地減少鉛的含量。

中國科學院長春光學精密機械與物理研究所在其申請的專利文獻“銫錫鹵鈣鈦礦薄膜材料的制備方法”(申請號:201811448189.5申請公開號:CN109518161A)中公開了一種CsSnX3(X=Cl、Br或I)鈣鈦礦薄膜的制備方法。該鈣鈦礦太陽能電池采用錫取代鈣鈦礦中的鉛,可以降低鈣鈦礦層的毒性,并且錫基鈣鈦礦材料可以獲得更小的帶隙和更高的載流子遷移率。但是,該材料中的錫呈二價,極易在空氣中被氧化為四價,造成材料的不穩定與器件性能的衰退。

Hongrui Sun等作者在其發表的論文“Pb-Reduced CsPb 0.9Zn 0.1I 2Br ThinFilms for Efficient Perovskite Solar Cells”(DOI:10.1002/aenm.201900896)中公開了一種基于CsPb0.9Zn0.1I2Br鈣鈦礦薄膜的鈣鈦礦太陽能電池。該鈣鈦礦太陽能電池采用過渡金屬鋅,取代鈣鈦礦中的鉛,可以降低鈣鈦礦層的毒性,并且提高了器件性能,獲得了13.6%的光電轉換效率。但是,該方法中的鋅摻雜濃度最多只達到12%,仍有大量鉛在鈣鈦礦材料中存在,不能有效消除傳統鈣鈦礦中鉛的毒性。

發明內容

本發明的目的在于針對上述現有的不足,提出一種有效減少鈣鈦礦組分中鉛含量的方法,以通過用多種元素對鉛基鈣鈦礦進行摻雜,減少鈣鈦礦組分中的鉛含量,改善鈣鈦礦材料中的毒性,并保證鈣鈦礦吸光能力或穩定性不被惡化。

本發明的技術方案是這樣實現的:

1.一種有效減少鈣鈦礦組分中鉛含量的方法,其特征在于,在鉛基鈣鈦礦材料中同時摻入Zn、Mn、Cu、Ni、Ge、Sn、Au、Ti、Zr這些元素中的任意兩種及兩種以上,得到低鉛鈣鈦礦材料,以減少鉛元素的含量,同時保證鈣鈦礦的吸光能力或穩定性。

進一步,所述在鉛基鈣鈦礦材料中同時摻入Zn、Mn、Cu、Ni、Ge、Sn、Au、Ti、Zr這些元素中的任意兩種及兩種以上的共摻雜組合方式,包括以下幾種形式:

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