本發(fā)明屬于鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，具體涉及一種氣相擴(kuò)散鈍化鈣鈦礦薄膜的方法。

背景技術(shù)：

1、隨著社會(huì)的發(fā)展，對(duì)能源的需求也與日俱增，太陽(yáng)能作為一種清潔能源成為社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)。鈣鈦礦太陽(yáng)能電池作為第三代新型太陽(yáng)能電池，從2009年報(bào)道以來(lái)，其效率已從3.8％提高至26.1％，與其他光伏技術(shù)相比，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的發(fā)展相當(dāng)迅速，短短十幾年就走過(guò)硅基太陽(yáng)能電池幾十年的發(fā)展歷程，展示出巨大潛力。

2、但基于溶液處理的鈣鈦礦材料不可避免的在薄膜表面及內(nèi)部出現(xiàn)大量缺陷，這些缺陷導(dǎo)致嚴(yán)重的非輻射載流子復(fù)合以及成為水、氧進(jìn)入薄膜的通道。因此，薄膜的表面鈍化策略能有效提升電池器件的光電轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性。然而目前小尺寸器件主要是基于旋涂法制備鈍化層，往往伴隨著鈍化劑殘留、影響薄膜表面化學(xué)計(jì)量比以及無(wú)法對(duì)大面積鈣鈦礦薄膜進(jìn)行有效后處理等問(wèn)題，因此亟需開(kāi)發(fā)一種簡(jiǎn)單有效鈍化鈣鈦礦薄膜的方法，這也是實(shí)現(xiàn)其將來(lái)產(chǎn)業(yè)化所必須解決的首要問(wèn)題之一。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的旨在一定程度上解決鈣鈦礦溶液法鈍化的面積有限性及效率和穩(wěn)定性問(wèn)題，進(jìn)而提供一種氣相擴(kuò)散鈍化鈣鈦礦薄膜的方法。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

3、一種氣相擴(kuò)散鈍化鈣鈦礦薄膜的方法，首先將鈍化材料放置在一低壓密閉環(huán)境進(jìn)行預(yù)熱，隨后將鈣鈦礦薄膜放置于同一低壓密閉環(huán)境中進(jìn)行加熱使鈍化材料升華形成氣相，經(jīng)鈍化分子自由擴(kuò)散到鈣鈦礦薄膜，使其能與鈣鈦礦薄膜中缺陷位點(diǎn)結(jié)合，得到鈍化后鈣鈦礦薄膜。

4、所述鈣鈦礦薄膜中鈣鈦礦的結(jié)構(gòu)為abx3，其中a為ma、fa、cs中一種或多種，b為pb、sn中一種或多種，x為i、br、cl中一種或多種。

5、所述鈣鈦礦薄膜原料制備方法有一步旋涂、兩步旋涂、噴涂、印刷、刮涂。

6、所述鈍化材料為包含能與結(jié)構(gòu)為abx3鈣鈦礦薄膜缺陷結(jié)合的官能團(tuán)。

7、優(yōu)選，所述鈍化材料為可為固體或液體，材料為含酰胺、羧基、巰基、氨基、羥基及鹵代基的一種或幾種的芳基或雜芳基化合物。

8、所述芳基或雜芳基為吡嗪、苯環(huán)、噻吩、噻唑、呋喃、吡啶的一種或幾種。

9、進(jìn)一步的優(yōu)選，所述鈍化材料為苯甲酰胺、苯乙酰胺、2-噻吩甲酰胺、2-噻吩乙酰胺、2-巰基吡啶、4-吡啶甲酰胺、n-苯基丙酰胺中的至少一種。

10、優(yōu)選方法，首先將鈍化材料放置在-0.1mpa-0mpa下密閉環(huán)境中，隨后將鈣鈦礦薄膜放置于同一低壓密閉環(huán)境中進(jìn)行加熱使鈍化材料升華形成氣相，經(jīng)鈍化分子自由擴(kuò)散到鈣鈦礦薄膜，使其能與鈣鈦礦薄膜中缺陷位點(diǎn)結(jié)合，得到鈍化后鈣鈦礦薄膜；其中，鈍化材料添加量占鈣鈦礦薄膜質(zhì)量的1.8％-4.6％。

11、所述鈣鈦礦薄膜放置后加入鈍化材料于50-100℃使鈍化材料升華形成氣相，生化后鈍化分子擴(kuò)散5-30分鐘，充分結(jié)合鈣鈦礦薄膜缺陷實(shí)現(xiàn)獲得鈍化鈣鈦礦薄膜。

12、所述鈍化材料放置在-0.1mpa-0mpa下密閉環(huán)境中于100℃下進(jìn)行預(yù)熱5-10分鐘，待用。

13、所述的鈣鈦礦膜鈍化處理裝置，包括密閉腔體和壓力調(diào)節(jié)單元，所述密閉腔體內(nèi)的壓力值通過(guò)壓力調(diào)節(jié)單元控制，在所述密閉腔體內(nèi)設(shè)置有鈍化材料儲(chǔ)存單元和加熱單元；待處理鈣鈦礦膜層在所述密閉腔體內(nèi)進(jìn)行鈍化后處理。在所述密閉腔體內(nèi)設(shè)置有鈍化材料儲(chǔ)存單元和加熱單元，將待處理鈣鈦礦膜層放置在密閉腔體內(nèi)后，通過(guò)加熱單元，使鈍化材料升華經(jīng)自由擴(kuò)散與所述待處理鈣鈦礦膜層的缺陷結(jié)合，完成對(duì)鈣鈦礦膜層的鈍化處理。

14、一種太陽(yáng)能電池，所述太陽(yáng)能電池包括權(quán)利要求1所述的鈍化所制備的鈣鈦礦薄膜。

15、優(yōu)選地，所述太陽(yáng)能電池包括n-i-p型和p-i-n型鈣鈦礦太陽(yáng)電池。

16、本發(fā)明所具有的優(yōu)點(diǎn)：

17、本發(fā)明提出的氣相擴(kuò)散鈍化鈣鈦礦薄膜的方法可以有效結(jié)合鈣鈦礦薄膜表面和內(nèi)部的缺陷位點(diǎn)，顯著抑制了載流子非輻射復(fù)合，提升了鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率和運(yùn)行穩(wěn)定性。

18、本發(fā)明提出的氣相擴(kuò)散鈍化法具有工藝條件簡(jiǎn)單，操作靈活，反應(yīng)連續(xù)，能有效避免溶液法處理帶來(lái)的諸多問(wèn)題。更為重要的是，氣相擴(kuò)散鈍化法適合于大面積薄膜的后處理，有利于推動(dòng)將來(lái)電池組件的開(kāi)發(fā)。

技術(shù)特征：

1.一種氣相擴(kuò)散鈍化鈣鈦礦薄膜的方法，其特征在于，首先將鈍化材料放置在一低壓密閉環(huán)境進(jìn)行預(yù)熱，隨后將鈣鈦礦薄膜放置于同一低壓密閉環(huán)境中進(jìn)行加熱使鈍化材料升華形成氣相，經(jīng)鈍化分子自由擴(kuò)散到鈣鈦礦薄膜，使其能與鈣鈦礦薄膜中缺陷位點(diǎn)結(jié)合，得到鈍化后鈣鈦礦薄膜。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣相擴(kuò)散鈍化鈣鈦礦薄膜的方法，其特征在于，所述鈣鈦礦薄膜中鈣鈦礦的結(jié)構(gòu)為abx3，其中a為ma、fa、cs中一種或多種，b為pb、sn中一種或多種，x為i、br、cl中一種或多種。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的氣相擴(kuò)散鈍化鈣鈦礦薄膜的方法，其特征在于，所述鈍化材料為包含能與結(jié)構(gòu)為abx3鈣鈦礦薄膜缺陷結(jié)合的官能團(tuán)。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的氣相擴(kuò)散鈍化鈣鈦礦薄膜的方法，其特征在于，所述鈍化材料為可為固體或液體，材料為含酰胺、羧基、巰基、氨基、羥基及鹵代基的一種或幾種的芳基或雜芳基化合物。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的氣相擴(kuò)散鈍化鈣鈦礦薄膜的方法，其特征在于，所述芳基或雜芳基為吡嗪、苯環(huán)、噻吩、噻唑、呋喃、吡啶的一種或幾種。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣相擴(kuò)散鈍化鈣鈦礦薄膜的方法，其特征在于，首先將鈍化材料放置在-0.1mpa-0mpa下密閉環(huán)境中，隨后將鈣鈦礦薄膜放置于同一低壓密閉環(huán)境中進(jìn)行加熱使鈍化材料升華形成氣相，經(jīng)鈍化分子自由擴(kuò)散到鈣鈦礦薄膜，使其能與鈣鈦礦薄膜中缺陷位點(diǎn)結(jié)合，得到鈍化后鈣鈦礦薄膜；其中，鈍化材料添加量占鈣鈦礦薄膜質(zhì)量的1.8％-4.6％。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的氣相擴(kuò)散鈍化鈣鈦礦薄膜的方法，其特征在于，所述鈣鈦礦薄膜放置后加入鈍化材料于50-100℃使鈍化材料升華形成氣相，升華后鈍化分子擴(kuò)散5-30分鐘，充分結(jié)合鈣鈦礦薄膜缺陷實(shí)現(xiàn)獲得鈍化鈣鈦礦薄膜。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的氣相擴(kuò)散鈍化鈣鈦礦薄膜的方法，其特征在于：所述鈍化材料放置在-0.1mpa-0mpa下密閉環(huán)境中于100℃下進(jìn)行預(yù)熱5-10分鐘，待用。

9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的氣相擴(kuò)散鈍化鈣鈦礦薄膜的方法，其特征在于：所述的鈣鈦礦膜鈍化處理裝置，包括密閉腔體、加熱單元、鈍化材料儲(chǔ)存單元和壓力調(diào)節(jié)單元，所述密閉腔體內(nèi)的壓力值通過(guò)壓力調(diào)節(jié)單元控制，在所述密閉腔體內(nèi)設(shè)置有鈍化材料儲(chǔ)存單元和加熱單元；在所述密閉腔體內(nèi)設(shè)置有鈍化材料儲(chǔ)存單元和加熱單元，將待處理鈣鈦礦膜層放置在密閉腔體內(nèi)后，通過(guò)加熱單元，使鈍化材料升華經(jīng)自由擴(kuò)散與所述待處理鈣鈦礦膜層的缺陷結(jié)合，完成對(duì)鈣鈦礦膜層的鈍化處理。

10.一種太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述太陽(yáng)能電池包括權(quán)利要求1所述的鈍化所制備的鈣鈦礦薄膜。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于鈣鈦礦太陽(yáng)能電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種氣相擴(kuò)散鈍化鈣鈦礦薄膜的方法。首先將鈍化材料放置在一低壓密閉環(huán)境進(jìn)行預(yù)熱，隨后將鈣鈦礦薄膜放置于同一低壓密閉環(huán)境中進(jìn)行加熱使鈍化材料升華形成氣相，經(jīng)鈍化分子自由擴(kuò)散到鈣鈦礦薄膜，使其能與鈣鈦礦薄膜中缺陷位點(diǎn)結(jié)合，得到鈍化后鈣鈦礦薄膜。本發(fā)明方法工藝條件簡(jiǎn)單，操作靈活，可適用于大面積鈣鈦礦太陽(yáng)能電池、發(fā)光器件的制備。

技術(shù)研發(fā)人員：逄淑平,姬宏沛,王嘯,趙強(qiáng)強(qiáng),張秉乾
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)科學(xué)院青島生物能源與過(guò)程研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/8