[發明專利]基于高通量氣相共蒸制備穩定CsPbI2

有效

• 申請號: 202210208278.2
• 申請日: 2022-03-04
• 公開（公告）號: CN114686811B
• 公開（公告）日: 2023-04-11
• 發明（設計）人: 劉明偵;張敬敏;弓爵;曾鵬
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: C23C14/06
• 分類號: C23C14/06;C23C14/24;C23C14/58;H01L31/0445;H01L31/18
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 鄧黎

本發明提供的基于高通量氣相共蒸制備穩定CsPbIsubgt;2/subgt;Br無機鈣鈦礦薄膜的方法，屬于鈣鈦礦材料的制備技術領域，采用溴化銫和碘化鉛作為蒸發源，通過保持沉積過程中襯底位置固定，獲得溴化銫和碘化鉛的含量沿兩個蒸發源位置方向呈梯度變化的高相穩定性的CsPbIsubgt;2/subgt;Br無機鈣鈦礦薄膜；優選將襯底設置在特定位置，可獲得三維CsPbIsubgt;2/subgt;Br鈣鈦礦晶界處分布有零維Cssubgt;4/subgt;PbIsubgt;6?x/subgt;Brsubgt;x/subgt;“分子鎖”結構的穩定CsPbIsubgt;2/subgt;Br無機鈣鈦礦薄膜，會促進無機CsPbIsubgt;2/subgt;Br鈣鈦礦(100)晶面的擇優取向，有利于光電流傳輸，提高光電轉換效率。

技術領域

本發明屬于鈣鈦礦材料的制備技術領域，具體涉及基于高通量氣相共蒸制備穩定CsPbI₂Br無機鈣鈦礦薄膜的方法。

背景技術

半導體光生伏打效應是指光照射半導體產生電動勢的效應。依據光生電動勢位置，主要分為兩類：一類是發生在半導體體內，一類是發生在半導體界面。通常后者又稱為“光伏效應”。著名物理學家William?Shockley和Hans?Queisser依據對光伏物理過程的細致平衡分析，提出半導體光伏電池的效率理論極限值為30％(原始計算值)。目前，單晶硅(非集成)太陽能電池的光電轉換記錄效率已接近肖克利-奎伊瑟(Shockley-Queisser)效率理論極限值。但硅作為間接帶隙半導體，提煉和加工硅材料及器件均需較大消耗，這與環境友好型新能源器件發展的初衷產生沖突。因此近年來發展火熱的金屬鹵化物鈣鈦礦材料被應用于光伏領域，并取得重大的突破性進展。從2009年首次引入至今，十余年間以鈣鈦礦作為吸光層的單節太陽能電池最高光電轉換效率高達25％以上，足以證明金屬鹵化物鈣鈦礦作為光伏材料主體吸光層的潛力。但是伴隨著器件效率的飛速發展，金屬鹵化物鈣鈦礦的自身穩定性給光伏器件的長期應用帶來了阻礙。

在各種化學組成和不同結構的鈣鈦礦材料中，無機金屬鹵化物鈣鈦礦具有更有利的操作穩定性，同時由于具有更為合適的光學帶隙，使得其在發展鈣鈦礦-鈣鈦礦-硅疊層太陽能電池時體現出巨大的潛力。其中無機CsPbI₃鈣鈦礦太陽能電池的發展較為突出并取得卓越成果，但依然面臨低溫(300℃)鈣鈦礦相穩定性不高的問題。由于光伏器件持續工作的環境溫度平均約為60～80℃，因此為了提高無機CsPbI₃鈣鈦礦太陽能電池在正常工作環境下的相穩定性，研究表明可以在吸光層中引入外來成分，例如摻入有機陽離子或含有機成分的添加劑。但由于摻入的外來成分中含有一定量的有機組分，在高溫環境中易導致鈣鈦礦的不可逆降解。

因此如何提高無機CsPbI₃鈣鈦礦的相穩定性，并不改變其適合作為鈣鈦礦-鈣鈦礦-硅疊層太陽能電池頂電池的光學特征，成為了無機鈣鈦礦器件商業化生產及應用道路中亟需解決的關鍵問題。

發明內容

針對上述現有技術中存在的問題，本發明提供了基于高通量氣相共蒸制備穩定CsPbI₂Br無機鈣鈦礦薄膜的方法，實現Br離子摻雜的同時，提高混合鹵化物CsPbI₂Br無機鈣鈦礦的相穩定性，以提升基于此的太陽能電池的光電轉換效率。

本發明具體技術方案如下：

基于高通量氣相共蒸制備穩定CsPbI₂Br無機鈣鈦礦薄膜的方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、在蒸發腔室中放置多個矩形陣列排布于同一平面的襯底，并在矩形陣列的長度或寬度方向的兩側分別放入蒸發源溴化銫和碘化鉛；

步驟2、對蒸發腔室抽真空，待真空度達到2×10^-4～5×10^-4Pa以下，設定襯底溫度為120～150℃，保持襯底擋板關閉，分別調節碘化鉛和溴化銫的蒸發速率至穩定；