【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于化學(xué)和光伏，具體涉及一種基于惰性氣氛保護(hù)的化學(xué)浴沉積氧化錫薄膜的制備方法。
技術(shù)介紹
1、太陽(yáng)能作為清潔能源的代表，在能源領(lǐng)域中的地位日益重要。鈣鈦礦太陽(yáng)能電池(pscs)作為新一代太陽(yáng)能電池的代表，與其他同類產(chǎn)品相比，具有易于制造、生產(chǎn)成本低以及與柔性電子產(chǎn)品相兼容等獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)使其有潛力與目前在光伏電池中占主導(dǎo)地位的硅基太陽(yáng)能電池競(jìng)爭(zhēng)。
2、目前，高效的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池多采用以化學(xué)浴沉積法(cbd)制備的氧化錫(snox)作為電子傳輸層。基于這一工藝制備的小面積pscs的光電轉(zhuǎn)換效率(pce)較高，具有非常廣闊的工業(yè)化應(yīng)用前景。更佳的snox能帶結(jié)構(gòu)能促進(jìn)載流子傳輸、抑制界面處電荷累積和非輻射復(fù)合等現(xiàn)象，從而改善器件性能。常規(guī)cbd的溶液是由鹽酸、尿素、巰基乙酸、二水合氯化亞錫和水配置的。反應(yīng)涉及sn2+的氧化、sn2+和sn4+的水解、尿素分解、酸堿中和等多種反應(yīng)。且常規(guī)的cbd工藝制備snox通常是密閉容器中進(jìn)行的，容器內(nèi)填充氣為空氣，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，容器內(nèi)氧氣會(huì)隨水解時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸消耗，導(dǎo)致氧分壓降低。氧分壓的改變會(huì)影響sn2+和sn4+的比例，從而影響snox的能帶結(jié)構(gòu)，使沉積的snox出現(xiàn)能帶偏移。然而，為了制備能帶結(jié)構(gòu)適合的snox層需要較長(zhǎng)的反應(yīng)時(shí)間，這使得snox層的厚度增大，不利于制備高效的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池。
3、因此，如何調(diào)控cbd的水解過(guò)程，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)snox層的厚度和能帶結(jié)構(gòu)的調(diào)控，對(duì)于制備高效穩(wěn)定的光伏器件至關(guān)重要。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路b>
1、本專利技術(shù)旨在解決現(xiàn)有cbd工藝制備snox薄膜在技術(shù)上存在的能帶結(jié)構(gòu)難以精確調(diào)控的問(wèn)題，提供了一種基于惰性氣氛保護(hù)的化學(xué)浴沉積氧化錫薄膜的制備方法，所述制備方法可應(yīng)用于工業(yè)化的惰性氣氛保護(hù)的cbd沉積，將其應(yīng)用于鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的電子傳輸層，可制備具有優(yōu)異光伏性能的器件。
2、本專利技術(shù)的專利技術(shù)構(gòu)思為：采用惰性氣氛保護(hù)，避免snox在沉積過(guò)程中受到氧分壓的影響；同時(shí)在sncl2溶液中引入sncl4，以精密調(diào)控前驅(qū)體溶液中sn2+和sn4+的比例，從而調(diào)控cbd的水解過(guò)程，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)同時(shí)對(duì)snox層的厚度和能帶結(jié)構(gòu)的調(diào)控，以更快地制備出厚度適中的sn2+和sn4+比例可調(diào)節(jié)的snox薄膜，從而實(shí)現(xiàn)snox能帶結(jié)構(gòu)的精密調(diào)控。將該snox薄膜作為電子傳輸層應(yīng)用于鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，可實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換效率超過(guò)26％，具有優(yōu)異的工業(yè)化應(yīng)用價(jià)值和前景。
3、為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本專利技術(shù)的第一方面提供了一種氧化錫薄膜的制備方法，包括以下步驟：
4、(1)在放置有導(dǎo)電基底的反應(yīng)容器中加入前驅(qū)體溶液，充入惰性氣體后密封；所述前驅(qū)體溶液中含有sncl2和sncl4；
5、(2)對(duì)密封后的反應(yīng)容器加熱，在導(dǎo)電基底表面沉積薄膜后取出，依次進(jìn)行清洗、超聲、退火處理，得所述氧化錫薄膜。
6、作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述前驅(qū)體溶液的制備步驟為：
7、將水、鹽酸、二水合氯化亞錫、尿素和巰基乙酸混合，并在混合過(guò)程中持續(xù)冰浴攪拌；然后將所得溶液與水混合，得sncl2溶液；
8、將五水合四氯化錫和水混合后，得sncl4溶液；
9、將sncl2溶液和sncl4溶液混合，得所述前驅(qū)體溶液。
10、優(yōu)選地，所述sncl2溶液的濃度為0.003-0.007mol/l。
11、優(yōu)選地，所述sncl4溶液的濃度為0.45-0.60mol/l。
12、優(yōu)選地，所述sncl2溶液和sncl4溶液的體積比為150：(0.1-0.3)。
13、優(yōu)選地，所述水為去離子水或蒸餾水，而不宜直接使用自來(lái)水，以避免礦物雜質(zhì)等對(duì)產(chǎn)物的污染，干擾能帶結(jié)構(gòu)的調(diào)控。
14、優(yōu)選地，所述前驅(qū)體溶液的制備步驟為：
15、將去離子水、鹽酸、二水合氯化亞錫、尿素和巰基乙酸混合；配置過(guò)程持續(xù)冰浴攪拌，溫度控制在5℃以下；所述去離子水、鹽酸和巰基乙酸的體積比為(300-500)：(3-6)：(0.07-0.2)，所述二水合氯化亞錫和尿素的質(zhì)量比為(1-1.2)：(5-6)，所述二水合氯化亞錫與去離子水的質(zhì)量體積比為(0.2-0.4)g：100ml；將所得溶液與去離子水以(0.5-1.2):(1-5)的體積比混合配制成摩爾濃度為0.003-0.007mol/l的sncl2溶液；
16、在去離子水中加入五水合四氯化錫，混合均勻并超聲處理，配制成摩爾濃度為0.45-0.60mol/l的sncl4溶液，冷藏備用；
17、取sncl2溶液和sncl4溶液按體積比為150：(0.1-0.3)混合均勻，得所述前驅(qū)體溶液。
18、優(yōu)選地，所述惰性氣體為氮?dú)猓业獨(dú)獾募兌葹?9％以上，并需確保氣體完全充滿反應(yīng)容器。
19、優(yōu)選地，步驟(2)中，所述加熱的溫度為70-90℃。
20、優(yōu)選地，步驟(2)中，所述加熱的時(shí)間為1.5-2小時(shí)。
21、優(yōu)選地，步驟(2)中，所述退火處理的溫度為160-190℃。
22、優(yōu)選地，步驟(2)中，所述退火處理的時(shí)間為0.5-1.5小時(shí)。
23、優(yōu)選地，步驟(2)中，沉積薄膜的基底取出后，采用去離子水或蒸餾水沖洗并超聲多次，使超聲后的洗滌液沒(méi)有顆粒物且ph呈中性，確保完全沖洗干凈，避免雜質(zhì)影響薄膜性能。
24、優(yōu)選地，步驟(1)中，所述導(dǎo)電基底為經(jīng)紫外臭氧(uvo)處理后的fto導(dǎo)電玻璃。
25、優(yōu)選地，所述uvo處理后的時(shí)間為10-20分鐘。
26、本專利技術(shù)的第二方面提供了一種氧化錫薄膜，所述氧化錫薄膜由上述制備方法制得，所述氧化錫薄膜的厚度約為20-22nm。厚度均勻的氧化錫薄膜，有利于制備高效的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池。
27、本專利技術(shù)的第三方面提供了一種鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，所述鈣鈦礦太陽(yáng)能電池包括上述氧化錫薄膜。
28、本專利技術(shù)的上述技術(shù)方案相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，至少具有如下技術(shù)效果或優(yōu)點(diǎn)：
29、(1)本專利技術(shù)采用惰性氣氛保護(hù)，避免snox在沉積過(guò)程受到氧分壓的影響，并且在sncl2溶液中引入sncl4，以精密調(diào)控sn2+和sn4+的比例；通過(guò)調(diào)控cbd的水解過(guò)程，從而實(shí)現(xiàn)同時(shí)對(duì)snox層的厚度和能帶結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)控，以更快地制備出厚度適中的sn2+和sn4+比例可調(diào)節(jié)的snox薄膜，從而實(shí)現(xiàn)snox能帶結(jié)構(gòu)的精密調(diào)控。
30、(2)本專利技術(shù)通過(guò)惰性氣氛保護(hù)縮短了反應(yīng)進(jìn)程，制得的snox薄膜厚度適中，不會(huì)由于厚度因素影響器件性能，可以制備具有多種能帶結(jié)構(gòu)、厚度適中的snox薄膜。
31、(3)本專利技術(shù)采用的是簡(jiǎn)單的惰性氣氛保護(hù)和適合工業(yè)化大規(guī)模制備的化學(xué)浴沉積技術(shù)，可應(yīng)用于工業(yè)化電子傳輸層的制備和優(yōu)化，有利于制備各種能帶結(jié)構(gòu)的電子傳輸層薄膜材料，以匹配不同組分的鈣鈦礦吸光層材料。同時(shí)，本專利技術(shù)的制備方法具有重復(fù)性高、操作簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn)，制備的snox薄膜表現(xiàn)出可調(diào)節(jié)的本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種氧化錫薄膜的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化錫薄膜的制備方法，其特征在于，所述前驅(qū)體溶液的制備步驟為：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氧化錫薄膜的制備方法，其特征在于，所述SnCl2溶液的摩爾濃度為0.003-0.007mol/L；和/或，所述SnCl4溶液的濃度為0.45-0.60mol/L；所述SnCl2溶液和SnCl4溶液的體積比為150：(0.1-0.3)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氧化錫薄膜的制備方法，其特征在于，所述水為去離子水或蒸餾水。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化錫薄膜的制備方法，其特征在于，步驟(2)中，所述加熱的溫度為70-90℃；和/或，所述加熱的時(shí)間為1.5-2小時(shí)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化錫薄膜的制備方法，其特征在于，步驟(2)中，所述退火處理的溫度為160-190℃；和/或，所述退火處理的時(shí)間為0.5-1.5小時(shí)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化錫薄膜的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，所述惰性氣體為氮?dú)猓业獨(dú)獾募兌葹?9％以上。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種氧化錫薄膜的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化錫薄膜的制備方法，其特征在于，所述前驅(qū)體溶液的制備步驟為：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氧化錫薄膜的制備方法，其特征在于，所述sncl2溶液的摩爾濃度為0.003-0.007mol/l；和/或，所述sncl4溶液的濃度為0.45-0.60mol/l；所述sncl2溶液和sncl4溶液的體積比為150：(0.1-0.3)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氧化錫薄膜的制備方法，其特征在于，所述水為去離子水或蒸餾水。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化錫薄膜的制備方法，其特征在于，步驟(2)中，所述加熱的溫度為70-90℃；和/或，所述加熱的時(shí)間為1.5-2小時(shí)。<...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：貊艷平，黃福志，王超，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：佛山仙湖實(shí)驗(yàn)室，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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