[發(fā)明專利]一種改進(jìn)型錫基鈣鈦礦薄膜的制備方法及其應(yīng)用

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111239125.6
• 申請(qǐng)日: 2021-10-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113991018A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-01-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 米啟兮;朱子豪
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H01L51/00
• 分類(lèi)號(hào): H01L51/00;H01L51/42;H01L51/44;H01L51/46
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 翁若瑩

本發(fā)明公開(kāi)了一種改進(jìn)型錫基鈣鈦礦薄膜的制備方法及其應(yīng)用。本發(fā)明的制備方法包括：在清洗的導(dǎo)電玻璃上制備空穴傳輸層；配制含環(huán)狀硫酮化合物和錫基鈣鈦礦材料的前驅(qū)液；旋涂前驅(qū)液，使用反溶劑一步生成鈣鈦礦薄膜，并退火，得到錫基鈣鈦礦薄膜。本發(fā)明在涂膜前驅(qū)液中引入了一類(lèi)環(huán)狀硫酮化合物，該類(lèi)化合物能夠有效地與錫離子配位，從而大幅減緩錫基鈣鈦礦材料的結(jié)晶速率，得到平滑致密、表面缺陷鈍化的錫基鈣鈦礦薄膜，采用該薄膜制備得到的錫基鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，其光電轉(zhuǎn)換性能、穩(wěn)定性和工藝重復(fù)性都有顯著提升，光電轉(zhuǎn)換效率最高超過(guò)12％。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種改進(jìn)型錫基鈣鈦礦薄膜的制備方法及其應(yīng)用，具體涉及一種使用環(huán)狀硫酮化合物改進(jìn)的錫基鈣鈦礦薄膜及太陽(yáng)能電池的制備方法，屬于光電材料與器件技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

鹵化物鈣鈦礦是一大類(lèi)具有優(yōu)異光電轉(zhuǎn)換性能的新型半導(dǎo)體材料，其中含鉛鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的制備工藝日漸成熟，實(shí)驗(yàn)室中光電轉(zhuǎn)換效率已突破25％。然而，鉛的嚴(yán)重生物和環(huán)境毒性限制了含鉛鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的大規(guī)模推廣，與鉛同主族且生物友好的錫是鈣鈦礦材料中鉛的最合適替代元素。但在現(xiàn)有技術(shù)條件下，在制備太陽(yáng)能電池活性層的過(guò)程中錫基鈣鈦礦材料結(jié)晶過(guò)快，導(dǎo)致難以得到平整、致密的高質(zhì)量薄膜。快速結(jié)晶后產(chǎn)生的多針孔和缺陷的薄膜是限制錫基鈣鈦礦太陽(yáng)能電池性能提升的重要原因。

為了解決錫基鈣鈦礦薄膜質(zhì)量差的問(wèn)題，目前常用的方法有：(1)使用混合溶劑，調(diào)整溶劑中二甲基亞砜與N,N-二甲基甲酰胺的比例；(2)引入大的陽(yáng)離子，如丁銨和苯乙銨，來(lái)產(chǎn)生二維鈣鈦礦結(jié)構(gòu)；(3)引入其它類(lèi)型的添加劑，包括氟化物、乙二胺、酰胺、有機(jī)酸等。不過(guò)，以上方法對(duì)于錫基鈣鈦礦薄薄膜的形貌改觀和質(zhì)量提升作用有限，錫基鈣鈦礦結(jié)晶過(guò)快的問(wèn)題并沒(méi)有解決，仍然難以制備得到致密無(wú)針孔的薄膜，從而導(dǎo)致相應(yīng)的錫基鈣鈦礦太陽(yáng)能電池器件性能仍然低下。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題是：現(xiàn)有的錫基鈣鈦礦薄膜的制備方法中存在錫基鈣鈦礦結(jié)晶過(guò)快，導(dǎo)致制備所得的薄膜不致密、形貌差以及相應(yīng)的太陽(yáng)能電池性能低下等問(wèn)題。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種改進(jìn)型錫基鈣鈦礦薄膜的制備方法，包括以下步驟：

步驟1：在經(jīng)過(guò)清洗的導(dǎo)電玻璃上旋涂空穴傳輸材料并退火，得到含空穴傳輸層的導(dǎo)電玻璃；

步驟2：配制含有錫基鈣鈦礦材料和環(huán)狀硫酮化合物的前驅(qū)液；

步驟3：在步驟1所述的空穴傳輸層上旋涂步驟2配制的前驅(qū)液，使用反溶劑一步生成鈣鈦礦薄膜，并退火，得到錫基鈣鈦礦薄膜。

優(yōu)選地，所述步驟2中的環(huán)狀硫酮化合物選自式I和式II中的至少一種：

其中，n＝1或2，取代基R₁、R₂、R₃、R₄、R₅和R₆均選自H或烴基。

優(yōu)選地，所述的烴基選自C1～C6的烷基。

優(yōu)選地，所述步驟2中的環(huán)狀硫酮化合物為1,3-二甲基咪唑烷-2-硫酮、1-甲基咪唑烷-2-硫酮和1,3-二甲基咪唑啉-2-硫酮中的至少一種。

優(yōu)選地，所述步驟2中的環(huán)狀硫酮化合物與錫基鈣鈦礦材料中的錫離子的摩爾比為0.1～2：1；所述錫基鈣鈦礦材料為甲脒三碘化錫。

優(yōu)選地，所述步驟2中配制前驅(qū)液所采用的溶劑為N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亞砜或兩者以任意比例組成的混合物。

優(yōu)選地，所述步驟3中的反溶劑為甲苯。

優(yōu)選地，所述步驟1和3中旋涂的工藝參數(shù)為：轉(zhuǎn)速500～10000rpm，時(shí)間10～60s；退火的工藝參數(shù)為：退火溫度50～150℃，時(shí)間5～60min。