一種制造有機無機鈣鈦礦晶體薄膜的方法
【專利說明】 一種制造有機無機鈣鈦礦晶體薄膜的方法
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及太陽能電池薄膜技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種制造有機無機鈣鈦礦晶體薄膜的方法。
[0003]
【背景技術(shù)】
[0004]有機金屬鹵化物鈣鈦礦材料由于兼具有機物和無機物的部分性質(zhì)，是一種分子尺度上的雜合物，是具有量子阱結(jié)構(gòu)的新型材料，因而在諸多領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用，如發(fā)光二極管、場效應(yīng)管、光伏器件等領(lǐng)域。有機金屬齒化物鈣鈦礦薄膜具有較高的太陽光譜吸收系數(shù)和載流子迀移率，同時制備有機金屬鹵化物鈣鈦礦薄膜方法簡單多樣、成本較低，能帶結(jié)構(gòu)可以通過無機組元和有機組元的組成進行調(diào)節(jié)，因此這種新型材料在制備平面異質(zhì)節(jié)太陽能電池領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0005]然而，平面異質(zhì)節(jié)太陽能電池要求鈣鈦礦晶體薄膜必須均勻無針孔、以及盡可能少的缺陷。傳統(tǒng)制備方法常采用浸漬或旋涂，再利用熱退火增強晶粒大小和結(jié)晶度。但是長時間的高溫或低溫熱退火會分解鈣鈦礦薄膜，從而降低太陽能電池效率。
[0006]近幾年，國外研究者提出了利用氣相共沉積的方法制備，以此得到高質(zhì)量的鈣鈦礦薄膜，但是這種方法需要高真空的高純度的靶材料。
[0007]綜上所述，有機無機鈣鈦礦薄膜質(zhì)量已經(jīng)成為平面異質(zhì)結(jié)太陽能電池性能提高的瓶頸。
[0008]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的之一是提供能夠提高鈣鈦礦晶體薄膜的結(jié)晶度的制造有機無機鈣鈦礦晶體薄膜的方法。
[0010]本發(fā)明公開的技術(shù)方案包括如下方案。
[0011]提供了一種制造有機無機鈣鈦礦晶體薄膜的方法，其特征在于，包括:清洗柔性襯底；在所述柔性襯底上形成有機無機鈣鈦礦薄膜；在N，N- 二甲基甲酰胺或者二甲基亞砜蒸汽氣氛下對所述有機無機鈣鈦礦薄膜進行退火處理。
[0012]本發(fā)明的一個實施例中，在N，N-二甲基甲酰胺或者二甲基亞砜蒸汽氣氛下對所述有機無機鈣鈦礦薄膜進行退火處理包括:將形成了所述有機無機鈣鈦礦薄膜的所述柔性襯底置于加熱臺上；加熱所述加熱臺至退火溫度；用覆蓋裝置覆蓋所述柔性襯底；在所述加熱臺上所述覆蓋裝置的邊緣與所述加熱臺接觸位置的內(nèi)側(cè)的位置處添加N，N- 二甲基甲酰胺或者二甲基亞砜；將所述有機無機鈣鈦礦薄膜退火預(yù)定時間。
[0013]本發(fā)明的一個實施例中，所述清洗柔性襯底包括:依次用洗潔精水、丙酮、無水乙醇和去離子水清洗所述柔性襯底，每次清洗15-45分鐘，然后使所述柔性襯底干燥。
[0014]本發(fā)明的一個實施例中，在所述柔性襯底上形成有機無機鈣鈦礦薄膜包括:將鉛鹵化物溶液涂于所述柔性襯底上并干燥，在柔性襯底上形成鉛齒化物層；將柔性襯底上的所述鉛鹵化物層在異丙醇中預(yù)浸濕；將甲胺鹵化物溶液涂于預(yù)浸濕了的所述鉛鹵化物層上。
[0015]本發(fā)明的一個實施例中，所述鉛鹵化物溶液的溶劑為N，N-二甲基甲酰胺或者二甲基亞砜，所述鉛鹵化物溶液中鉛鹵化物的濃度為0.8-1.25摩爾/升；所述甲胺鹵化物溶液的溶劑為異丙醇，所述甲胺鹵化物溶液中甲胺鹵化物的濃度為5-12毫克/毫升。
[0016]本發(fā)明的一個實施例中，在所述柔性襯底上形成有機無機鈣鈦礦薄膜包括:將鉛鹵化物和甲胺鹵化物溶解于N，N- 二甲基甲酰胺或者二甲基亞砜中，獲得混合溶液；將所述混合溶液涂于所述柔性襯底上。
[0017]本發(fā)明的一個實施例中，所述鉛鹵化物和所述甲胺鹵化物的摩爾比為1:1至1:3。
[0018]本發(fā)明的一個實施例中，在所述覆蓋裝置的邊緣處添加的N，N-二甲基甲酰胺或者二甲基亞砜的量為10-3至50-3毫摩爾。
[0019]本發(fā)明的一個實施例中，退火溫度為70至120攝氏度。
[0020]本發(fā)明的一個實施例中，退火時間為0.5至1.5小時。
[0021]本發(fā)明的這些實施例中，在退火過程中加入了少量溶劑(DMF或DMS0)，這些溶劑的蒸汽可以透入有機無機鈣鈦礦薄膜中，被有機無機鈣鈦礦薄膜緩慢吸收，使鈣鈦礦晶體薄膜表面的分子處于半溶解狀態(tài)，其中部分半導(dǎo)體分子脫離晶格發(fā)生活化，同時有部分溶劑蒸汽分子會凝結(jié)吸附于基底表面形成幾個nm厚的連續(xù)溶劑層，因為溶劑層很薄，前驅(qū)體分子在其中的運動可以被描述為準二維溶液中的擴散運動。這種溶劑層的存在，大大提高了前驅(qū)體分子在基底表面的迀移速度和擴散距離。并且本發(fā)明實施例的溶劑熱退火過程中，可以使小晶粒不斷萎縮，而相對較大的晶粒不斷長大，使得有機無機鈣鈦礦晶體薄膜的晶粒平均尺寸不斷增加，并且可以得到更多[220]晶向的晶粒，因此可以延長其載流子壽命，促進晶粒的生長，使晶粒尺寸更大，減少晶界復(fù)合，從而提尚有機無機I丐欽礦太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。
[0022]
【附圖說明】
[0023]圖1是本發(fā)明一個實施例的制造有機無機鈣鈦礦晶體薄膜的方法的流程示意圖。
[0024]圖2是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的方法制造的無機有機鈣鈦礦晶體薄膜的XRD圖譜示意圖。
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【具體實施方式】
[0026]下面將結(jié)合附圖詳細說明本發(fā)明的實施例的制造有機無機鈣鈦礦晶體薄膜的方法的具體步驟。
[0027]如圖1所示，本發(fā)明的一個實施例中，在步驟10，首先清洗柔性襯底。本發(fā)明的一些實施例中，柔性襯底可以是由鍍有導(dǎo)電薄膜(例如，ITO或者FTO導(dǎo)電薄膜)的聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)或聚酰亞胺(PI)制成的柔性襯底。清洗柔性襯底的過程，可以依次用洗潔精水、丙酮、無水乙醇和去離子水清洗該柔性襯底15分鐘，然后使該柔性襯底干燥。
[0028]清洗了柔性襯底之后，在步驟20中，可以在該柔性襯底上形成有機無機鈣鈦礦薄膜。
[0029]—個實施例中，可以使用兩步法在柔性襯底上形成有機無機鈣鈦礦薄膜。本實施例中，可以首先將鉛鹵化物(例如，碘化鉛、氯化鉛或溴化鉛，等等)溶液涂于柔性襯底上并干燥，從而在柔性襯底上形成鉛鹵化物層，然后將柔性襯底上的干燥后的鉛鹵化物層在異丙醇中預(yù)浸濕，并將甲胺鹵化物(例如，碘甲胺、氯甲胺或溴甲胺，等等)溶液涂于預(yù)浸濕了的鉛齒化物層上，這樣，在柔性襯底上形成有機無機鈣鈦礦薄膜。
[0030]本實施例中，鉛鹵化物溶液的溶劑可以為N，N-二甲基甲酰胺(DMF)或者二甲基亞砜(DMS0)，并且該鉛鹵化物溶液中鉛鹵化物的濃度可以為0.8-1.25摩爾/升(M)。
[0031]本實施例中，甲胺鹵化物溶液的溶劑可以為異丙醇，并且甲胺鹵化物溶液中甲胺鹵化物的濃度可以為5-12毫克/毫升(mg/mL)。
[0032]例如，一個實施例中，可以首先取濃度為0.8-1.25M的鉛鹵化物溶液(溶劑為DMF或DMS0)，以2000-6000rpm (轉(zhuǎn)/分鐘)旋涂30-90秒。常溫干燥后，在異丙醇中預(yù)浸濕，再將濃度為5-12mg / mL的甲胺鹵化物溶液(溶劑為異丙醇)，以2000-4000rpm旋涂20秒(或?qū)⒒n于相同濃度的甲胺鹵化物溶液中1-40分鐘)。最后在異丙醇中漂洗。
[0033]本發(fā)明的另一些實施例中，可以使用一步法在柔性襯底上形成有機無機鈣鈦礦薄膜。這些實施例中，可以將鉛鹵化物和甲胺鹵化物溶解于N，N-二甲基甲酰胺或者二甲基亞砜中，獲得混合溶液，然后將該混合溶液涂于柔性襯底上，從而在柔性襯底上形成有機無機鈣鈦礦薄膜。
[0034]這些實施例中，形成混合溶液時，鉛鹵化物和甲胺鹵化物的摩爾比可以為1:1至1:3。
[0035]例如，一個實施例中，可以將鉛鹵化