[發明專利]兩步制備鈣鈦礦薄膜的方法、其裝置、制備方法及鈣鈦礦電池

在審

• 申請號: 202111154811.3
• 申請日: 2021-09-29
• 公開（公告）號: CN113921724A
• 公開（公告）日: 2022-01-11
• 發明（設計）人: 李明潔;吳俊杰;王雪戈
• 申請（專利權）人: 無錫極電光能科技有限公司
• 主分類號: H01L51/48
• 分類號: H01L51/48;H01L51/46;H01L51/44;H01L51/42
• 代理公司: 北京遠智匯知識產權代理有限公司 11659
• 代理人: 王巖

本發明提供了一種兩步制備鈣鈦礦薄膜的方法、其裝置、制備方法及鈣鈦礦電池，所述的方法包括：在基底表面制備第一電荷傳輸層，采用近空間升華法或氣相輸運法在第一電荷傳輸層表面沉積無機前驅體層，隨后在無機前驅體表面涂布有機前驅體溶液，經退火處理后，無機前驅體層和有機前驅體溶液反應形成鈣鈦礦薄膜。本發明制備鈣鈦礦薄膜可不依賴基底的平整度，可以在絨面基底上及具有一定較大粗糙度的基底上制備大面積且均勻的鈣鈦礦薄膜。

技術領域

本發明屬于鈣鈦礦電池技術領域，涉及一種兩步制備鈣鈦礦薄膜的方法、其裝置、制備方法及鈣鈦礦電池。

背景技術

太陽能是一種取之不盡、用之不竭的新型清潔能源，鈣鈦礦電池是一種新型鈣鈦礦電池，鈣鈦礦電池由于其不斷刷新的轉換效率而收到大量的關注，產業化的研究也在不斷的進行。由于鈣鈦礦新型鈣鈦礦電池對可見光吸收高、成膜工藝簡單、光電轉換效率提升快而受到全世界的關注。光伏鈣鈦礦材料的結構通式可寫為ABX₃，其中A位為帶正電的有機基團(如甲胺基團、甲脒基團)或陽離子(如銫離子、銣離子等)，B位為鉛或錫離子，X位為鹵素離子(如氯、溴、碘等離子)。鈣鈦礦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。

目前制備鈣鈦礦太陽電池的方法有很多，如旋涂法、真空法、刮涂法及噴涂法等。這些方法可大致分為溶液法和真空法，溶液法就是把鈣鈦礦的前驅體材料全部溶解在N,N-二甲基甲酰胺(DMF)或二甲基亞砜(DMSO)等有機溶劑中，通過旋涂法、刮涂法、噴涂法或狹縫涂布法(Slot-die)等制備鈣鈦礦膜層；而真空法則是通過熱蒸發法、濺射法、近空間升華法(CSS)和氣相輸運法(VTD)等在真空狀態下把鈣鈦礦的前驅體材料直接制備到襯底上，全程沒有溶劑參與。溶液法很難在粗糙或有缺陷的襯底上實現完全覆蓋，因此并不適合在絨面基底及不平整基底上制備均勻的膜層。真空法可在不同粗糙度或形貌的襯底上保形沉積鈣鈦礦膜層，但是傳統的真空蒸發法不容易精準控制各組分比例、前驅材料利用率較低、生產節拍較慢、能耗偏高。

采用真空和溶液兩步法制備大面積鈣鈦礦薄膜鮮有報道。近空間升華和氣相輸運法是一種具有廣泛使用價值的薄膜制備方法，近空間升華法具有沉積速率快、材料利用率較高、節省能耗等優點，而氣相輸運法具有可精準調控前驅物組分的優點，還可實現連續給料，是一種具有產業化前景的制備方法。溶液涂布法由于其工藝設備要求低，易于產業化而備受關注。

CN103346018A提出一種通過固-液反應兩步法制備鈣鈦礦膜層的方法，即在第一步中先形成一層無機前驅體層，而后在第二步中通過將該無機前驅體層浸泡于含有AI物質的有機溶液中得到ABI₃結構的鈣鈦礦膜層。該方案中的第二步將無機前驅體層浸泡于有機溶液中，使得材料利用率較低，而且隨著浸泡次數的增多，有機溶液濃度降低且容易污染，不利于產業化生產。此外還會增加有機廢液的排放量，不利于環保，還會增加成本。

制備鈣鈦礦膜層的現有技術主要集中在溶液法和真空蒸發法。由于溶液具有流動性，如果采用溶液法在絨面基底或具有較大粗糙度的不平整基底上制備鈣鈦礦膜層，則會在絨面頂部或顆粒凸起處形成較薄膜層甚至是有孔洞的膜層，進而導致制備的鈣鈦礦膜層有大量的針孔或孔洞。因此溶液法只適用于旋涂法制備小面積的鈣鈦礦電池或在較小面積基底上刮涂或狹縫涂布(Slot-die)制備小型鈣鈦礦組件，但并不適合在絨面基底及不平整基底上制備均勻的鈣鈦礦薄膜。此外，溶液法制備鈣鈦礦膜層過程中，會引入溶劑，在生產上不僅會增加一步加溶劑和去除溶劑的過程，而且大量溶劑揮發會造成環境污染，不易實現綠色生產。而真空蒸發法不容易精準控制各組分比例，且不容易連續給料，前驅材料利用率較低、生產節拍較慢、能耗偏高。

發明內容

針對現有技術存在的不足，本發明的目的在于提供兩步制備鈣鈦礦薄膜的方法、其裝置、制備方法及鈣鈦礦電池，本發明制備鈣鈦礦薄膜可不依賴基底的平整度，可以在絨面基底上及具有一定較大粗糙度的基底上制備大面積且均勻的鈣鈦礦薄膜。

為達此目的，本發明采用以下技術方案：