CN115611524A - 一种片状锡基钙钛矿薄膜结构制备方法 - Google Patents

一种片状锡基钙钛矿薄膜结构制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN115611524A
CN115611524A CN202211171909.4A CN202211171909A CN115611524A CN 115611524 A CN115611524 A CN 115611524A CN 202211171909 A CN202211171909 A CN 202211171909A CN 115611524 A CN115611524 A CN 115611524A
Authority
CN
China
Prior art keywords
thin film
temperature
quartz tube
tin
based perovskite
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202211171909.4A
Other languages
English (en)
Inventor
徐伟龙
黄佳恒
金清远
汪少平
崔爱晗
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Changzhou Institute of Technology
Original Assignee
Changzhou Institute of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Changzhou Institute of Technology filed Critical Changzhou Institute of Technology
Priority to CN202211171909.4A priority Critical patent/CN115611524A/zh
Publication of CN115611524A publication Critical patent/CN115611524A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C17/00—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating
    • C03C17/28—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with organic material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C17/00—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating
    • C03C17/001—General methods for coating; Devices therefor
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/549—Organic PV cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

本发明涉及光电材料与器件技术领域，具体为一种片状锡基钙钛矿薄膜结构制备方法，通过改变组分、沉积时间、沉积温度等参数来控制薄膜的均匀性、结晶质量和膜厚，同时薄膜与衬底附着性好且避免铅带来的环境和人体健康危害；包括如下步骤，步骤一、将先驱物碘化亚锡(SnI2)与碘甲脒(FAI)以等摩尔比例混合，在玛瑙研钵中进行充分的研磨，混合均匀；步骤二、将研钵中的粉末取出，放置于石英槽中，将石英槽放置于石英管内的高温区域；步骤三、将导电玻璃衬底放置在特定的支架中；步骤四、将石英管密封，用机械泵对石英管进行抽真空；步骤五、设置加热程序，从室温加热到设定温度时间为30分钟，反应的时间为60分钟。

Description

一种片状锡基钙钛矿薄膜结构制备方法
技术领域
本发明涉及光电材料与器件技术领域，具体为一种片状锡基钙钛矿薄膜结构制备方法。
背景技术
近年来，钙钛矿因为优异的光电特性在太阳能电池、发光二极管和光电探测领域表现出巨大的应用前景。然而，铅的毒性问题会对环境和身体健康带来危害，因此，在某些领域限制了钙钛矿器件的发展。为了解决这一问题，一些低毒或无毒的元素，例如锡(Sn)、锗(Ge)、锑(Sb)、铋(Bi)被引入来替代铅元素。其中，锡与铅位于同一主族，Sn2+的离子半径尺寸与Pb2+相似，可以保持本征的钙钛矿结构。目前，科研工作者通过构筑二维/三维钙钛矿异质结，使器件认证效率突破了14％。尽管锡基太阳能电池发展迅速，但是，锡基钙钛矿中p型自掺杂导致空穴浓度高达1020cm-3，这将显著增加载流子复合速率，降低载流子寿命和光生载流子扩散长度。除此之外，相对于铅原子，锡原子的5s轨道中2个电子活性很高，容易发生氧化，与MAI和FAI等路易斯碱接触时反应速度快，成膜过程不易控制，导致薄膜形态差、载流子扩散长度短等问题，限制了锡基钙钛矿太阳能电池效率进一步提升。
综上所述，目前现有技术中如何实现利用化学气相沉积工艺，利用锡代替铅，保证薄膜均匀性且避免对环境和人体健康带来危害，是一个有待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种片状锡基钙钛矿薄膜结构制备方法，通过改变组分、沉积时间、沉积温度等参数来控制薄膜的均匀性、结晶质量和膜厚，同时薄膜与衬底附着性好且避免铅带来的环境和人体健康危害。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种片状锡基钙钛矿薄膜结构制备方法，包括如下步骤，
步骤一、将先驱物碘化亚锡(SnI2)与碘甲脒(FAI)以等摩尔比例混合，在玛瑙研钵中进行充分的研磨，混合均匀；
步骤二、将研钵中的粉末取出，放置于石英槽中，将石英槽放置于石英管内的高温区域；
步骤三、将导电玻璃衬底放置在特定的支架中，放置在石英管的低温区域，衬底与先驱物的距离保持在15-25厘米；
步骤四、将石英管密封，用机械泵对石英管进行抽真空，真空抽至100Pa，然后充入氩气，再抽真空至100Pa，充入氩气，该步骤重复三次以上，以此排除石英管内残余的氧气和水蒸气；
步骤五、设置加热程序，从室温加热到设定温度时间为30分钟，反应的时间为60分钟；
步骤六、加热程序停止之后，自然冷却至室温，关闭机械泵，取出样品测试分析。
作为优选，所述步骤六中当加热程序停止后，会以采用梯度退火的方式进行降温。
作为优选，所述梯度退火的方式是指在40℃低温退火1分钟后，转移到 100℃下继续高温退火10分钟。
作为优选，所述加热程序中的加热温度控制在50-100℃
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的化学气相沉积工艺控制的参数简单，容易控制，薄膜制备具有较高的可重复性，薄膜与衬底附着性好；
通过改变沉积温度，薄膜的形貌结构和结晶特性都会有明显的变化；
对于其他组分的锡基钙钛矿(ASnX3)材料，也可以采用该方法进行制备，该方法具有普适性。
附图说明
图1为锡基钙钛矿薄膜的X射线衍射谱；
图2为锡基钙钛矿薄膜的荧光倒置显微镜图像；
图3为不同位置处的光致发光光谱；
图4为锡基钙钛矿薄膜的扫描电子显微图像；
图5为X射线光电子能谱。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在具体实施时，本发明的片状锡基钙钛矿薄膜结构制备方法，包括如下步骤，
步骤一、将先驱物碘化亚锡(SnI2)与碘甲脒(FAI)以等摩尔比例混合，在玛瑙研钵中进行充分的研磨，混合均匀；
步骤二、将研钵中的粉末取出，放置于石英槽中，将石英槽放置于石英管内的高温区域；
步骤三、将导电玻璃衬底放置在特定的支架中，放置在石英管的低温区域，衬底与先驱物的距离保持在15-25厘米；
步骤四、将石英管密封，用机械泵对石英管进行抽真空，真空抽至100Pa，然后充入氩气，再抽真空至100Pa，充入氩气，该步骤重复三次以上，以此排除石英管内残余的氧气和水蒸气；
步骤五、设置加热程序，从室温加热到设定温度时间为30分钟，反应的时间为60分钟；
步骤六、加热程序停止之后，自然冷却至室温，关闭机械泵，取出样品测试分析。
所述步骤六中当加热程序停止后，会以采用梯度退火的方式进行降温。
所述梯度退火的方式是指在40℃低温退火1分钟后，转移到100℃下继续高温退火10分钟。
所述加热程序中的加热温度控制在50-100℃。
本发明公开一种化学气相沉积工艺，通过改变组分、沉积时间、沉积温度等参数来控制薄膜的均匀性、结晶质量和膜厚，同时薄膜与衬底附着性好。
其中图1中化学气相沉积制备的锡基钙钛矿薄膜，通过对比衍射峰位置，可以确定所制备的薄膜为FASnI3；
其中图2、三中的薄膜的荧光倒置显微图像，从图中可以看出发光的颜色为红色，选取三个点的位置测试光致发光光谱，发光峰位置大约在 875-890nm之间，可以进一步确定薄膜的成分为FASnI3；
图4在合成的薄膜中，可以看出以微米尺度的片状结构为主；
图5从XPS结果中可以看出，薄膜中的锡以二价为主，其比例为95.4％，说明在成膜过程中，基本上不会被氧化。
拟解决的技术问题：
通过采用锡代替铅，可以解决铅对环境和人体健康带来的危害，实现绿色环保；
采用气相沉积法，避免了溶液法中，反应速度过快，成膜过程不易控制，可以制备高结晶质量锡基钙钛矿薄膜；
化学气相沉积通常用于制备电子薄膜材料，用于制备锡基钙钛矿薄膜研究较少，探索沉积温度对于薄膜质量影响，对于高结晶质量锡基钙钛矿薄膜制备意义重大。
为了适应光电器件的快速发展，拓宽钙钛矿材料应用领域，开发一种高结晶质量锡基钙钛矿制备工艺具有重要意义。
可以解决铅对环境和人体健康带来的危害，实现绿色环保；采用气相沉积法，避免了溶液法中，反应速度过快，成膜过程不易控制，可以制备高结晶质量锡基钙钛矿薄膜；
化学气相沉积通常用于制备电子薄膜材料，用于制备锡基钙钛矿薄膜研究较少，探索沉积温度对于薄膜质量影响，对于高结晶质量锡基钙钛矿薄膜制备意义重大。
可适应光电器件的快速发展，拓宽钙钛矿材料应用领域，开发一种高结晶质量锡基钙钛矿制备工艺具有重要意义。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种片状锡基钙钛矿薄膜结构制备方法，其特征在于，包括如下步骤，
步骤一、将先驱物碘化亚锡(SnI2)与碘甲脒(FAI)以等摩尔比例混合，在玛瑙研钵中进行充分的研磨，混合均匀；
步骤二、将研钵中的粉末取出，放置于石英槽中，将石英槽放置于石英管内的高温区域；
步骤三、将导电玻璃衬底放置在特定的支架中，放置在石英管的低温区域，衬底与先驱物的距离保持在15-25厘米；
步骤四、将石英管密封，用机械泵对石英管进行抽真空，真空抽至100Pa，然后充入氩气，再抽真空至100Pa，充入氩气，该步骤重复三次以上，以此排除石英管内残余的氧气和水蒸气；
步骤五、设置加热程序，从室温加热到设定温度时间为30分钟，反应的时间为60分钟；
步骤六、加热程序停止之后，自然冷却至室温，关闭机械泵，取出样品测试分析。
2.如权利要求1所述的片状锡基钙钛矿薄膜结构制备方法，其特征在于，所述步骤六中当加热程序停止后，会以采用梯度退火的方式进行降温。
3.如权利要求2所述的片状锡基钙钛矿薄膜结构制备方法，其特征在于，所述梯度退火的方式是指在40℃低温退火1分钟后，转移到100℃下继续高温退火10分钟。
4.如权利要求2所述的片状锡基钙钛矿薄膜结构制备方法，其特征在于，所述加热程序中的加热温度控制在50-100℃。
CN202211171909.4A 2022-09-26 2022-09-26 一种片状锡基钙钛矿薄膜结构制备方法 Pending CN115611524A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211171909.4A CN115611524A (zh) 2022-09-26 2022-09-26 一种片状锡基钙钛矿薄膜结构制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211171909.4A CN115611524A (zh) 2022-09-26 2022-09-26 一种片状锡基钙钛矿薄膜结构制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN115611524A true CN115611524A (zh) 2023-01-17

Family

ID=84859340

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202211171909.4A Pending CN115611524A (zh) 2022-09-26 2022-09-26 一种片状锡基钙钛矿薄膜结构制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115611524A (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106098950A (zh) * 2016-07-08 2016-11-09 清华大学 前驱体溶液、ASnX3钙钛矿材料的制备方法及太阳能电池的制备方法
US20170148579A1 (en) * 2014-07-09 2017-05-25 Oxford University Innovation Limited Two-step deposition process
CN109518161A (zh) * 2018-11-29 2019-03-26 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 铯锡卤钙钛矿薄膜材料的制备方法
CN110571136A (zh) * 2019-09-09 2019-12-13 陕西科技大学 一种一步化学气相沉积无铅全无机钙钛矿薄膜的制备方法
CN113991022A (zh) * 2021-10-28 2022-01-28 西安电子科技大学 一种铅锡基钙钛矿异质结的太阳能电池及其制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170148579A1 (en) * 2014-07-09 2017-05-25 Oxford University Innovation Limited Two-step deposition process
CN106098950A (zh) * 2016-07-08 2016-11-09 清华大学 前驱体溶液、ASnX3钙钛矿材料的制备方法及太阳能电池的制备方法
CN109518161A (zh) * 2018-11-29 2019-03-26 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 铯锡卤钙钛矿薄膜材料的制备方法
CN110571136A (zh) * 2019-09-09 2019-12-13 陕西科技大学 一种一步化学气相沉积无铅全无机钙钛矿薄膜的制备方法
CN113991022A (zh) * 2021-10-28 2022-01-28 西安电子科技大学 一种铅锡基钙钛矿异质结的太阳能电池及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
刘王宇;陈斐;孔淑祺;唐爱伟;: "全无机钙钛矿量子点的合成、性质及发光二极管应用进展", 发光学报, no. 02 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Jiang et al. Pure Sulfide Cu 2 ZnSnS 4 Thin Film Solar Cells Fabricated by Preheating an Electrodeposited Metallic Stack.
Bosio et al. Polycrystalline CdTe thin films for photovoltaic applications
EP0853345B1 (en) METHOD FOR FORMING CdTe FILM
US9735297B2 (en) Method for preparing light absorption layer of copper-indium-gallium-sulfur-selenium thin film solar cells
CN1214445C (zh) 制造化合物半导体膜的氧化物基方法和制造有关电子器件
CN101671119A (zh) 一种Li掺杂的P-型氧化锌薄膜的制备方法
AU598996B2 (en) Functional znse:h deposited films
CN107302057A (zh) 基于三硫化二锑致密薄膜的平面结构杂化太阳能电池
CN113078239B (zh) 一种硒化锑薄膜太阳电池及其制备方法
CN109913814B (zh) 一种氧化铜/硒复合材料薄膜
Chu et al. Semi-transparent thin film solar cells by a solution process
CN109671848B (zh) CuPbSbS3新型薄膜太阳能电池及其制备方法
CN110323338A (zh) 一种钙钛矿薄膜太阳能电池的制备方法
JP3311873B2 (ja) 半導体薄膜の製造方法
CN109354057A (zh) 一种氧化锡纳米晶及其制备方法及太阳能电池制备方法
CN105449103B (zh) 一种薄膜晶硅钙钛矿异质结太阳电池及其制备方法
KR20150051151A (ko) Ｃｚｔｓ계 태양전지용 박막의 제조방법
CN115611524A (zh) 一种片状锡基钙钛矿薄膜结构制备方法
EP0195152A1 (en) Process of forming a compound semiconductive material
CN112563118B (zh) In掺杂CdS薄膜、制备方法及制备的CIGS电池
Morris et al. Chemical bath deposition of thin film CdSe layers for use in Se alloyed CdTe solar cells
Minemura et al. Preparation of SnS films by low temperature sulfurization
CN113571406B (zh) 一种液相硒化制备硒硫化锑薄膜的方法
Cruz et al. Manufacturing procedures of a CdS/CdTe thin film solar cell
CN113754310B (zh) 一种新型银铅硅硫硒薄膜光伏吸收层材料及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination