掺杂的钛酸盐/酯制造技术

一种用于形成掺杂的TiO2纳米微粒的非水性组合物，所述组合物包含：i.包含有机化合物的极性溶剂，所述有机化合物在其化学结构中具有一个或多个氧原子；ii.卤化钛(IV)；以及iii.选自过渡金属卤化物和镧系元素卤化物的掺杂剂前体。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】掺杂的钛酸盐/酯
本专利技术涉及电子传输层，更具体地涉及可用于钙钛矿太阳能电池的掺杂的TiO2层。专利技术背景有机金属卤化物钙钛矿已迅速引起人们越来越多的兴趣，将其用作光电应用中的光活性材料。在仅几年内，钙钛矿太阳能电池的功率转换效率(PCE)经历了空前的快速上升，从2009年首次报告的3.8％PCE值上升至2014年最高值20.1％(M.A.Green等人，Prog.PhotovoltaicsRes.Appl.2015,23,1)。取决于电子传输层(ETL)和空穴传输层(HTL)的位置，通常采用两种装置结构中的一种：“常规”基板///薄膜//或“反转的”基板///薄膜//。其中反转的结构近年来引起了人们的极大兴趣。这可以解释为与在常规装置中的传统PEDOT：PSSHTL层相比，反转的装置中传统的TiO2ETL层上的钙钛矿膜形成质量更高；导致设备特性得以改进。目前，这些装置中的TiO2ETL层通常通过电子束沉积来产生，但这在工业规模上使用是缓慢且昂贵的工艺。存在用于TiO2层的溶液处加工的方法，但所获得的层不能抵抗其顶部的钙钛矿材料的后续加工和/或需要非常高温度的热退火(通常500-600℃)。该退火温度对于某些电极(如，氧化铟锡)来说太高了。这种对钙钛矿材料后续加工的抵抗力的缺乏至少部分是由于TiO2和钙钛矿的溶液加工都使用极性溶剂的实际情况。因此，为了防止在钙钛矿形成溶液存在下损害TiO2层，TiO2层需要足够厚、硬且致密；溶液加工的TiO2层通常不是这种情况。TiO2层使用非常高的退火温度也是不希望的，因为这限制了可以使用的电极的范围，并且这与柔性基板或Si-多结装置不兼容。由于钙钛矿装置的其余部分可通过简单的溶液加工或热蒸发步骤制成，因此产生TiO2层变成了限制性步骤。因此，存在对于具有高电导率的溶液加工ETL的需求，其能够抵抗钙钛矿的加工并且不需要高温来生产。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供适合于产生电子传输层的良好物质、装置和方法，并且所述电子传输层的生产不需要高温。本专利技术实施方式的一个优点是由此获得的掺杂的TiO2薄膜可以抵抗其顶部之上其它层的极性溶剂加工。本专利技术实施方式的一个优点是允许形成具有高电导率的ETL。本专利技术实施方式的一个优点是由此获得的掺杂的TiO2薄膜可以在常规和反转的光伏电池结构中用作ETL。上述目的是通过本专利技术所述的一种方法和装置实现的。在第一方面，本专利技术涉及用于形成掺杂的TiO2纳米微粒的非水性组合物，其包含：i.包含有机化合物的极性溶剂，所述有机化合物在其化学结构中具有一个或多个氧原子；ii.卤化钛(IV)；以及iii.选自过渡金属卤化物和镧系元素卤化物的掺杂剂前体。在第二方面中，本专利技术涉及一种使用根据第一方面任一项实施方式所述组合物形成掺杂的TiO2纳米微粒的方法，所述方法通过对所述组合物加热并搅拌来形成掺杂的TiO2纳米微粒，优选加热并搅拌直至其变浑浊。第三方面中，本专利技术涉及一种掺杂的TiO2纳米微粒，其通过根据第二方面任一实施方式所述的方法获得，其中，所述方法还包括以下步骤：从组合物沉淀所述TiO2纳米微粒。第四方面中，本专利技术涉及一种使用如第三方面所述掺杂的TiO2纳米微粒形成掺杂的TiO2薄膜的方法，所述方法包括：a.在基板顶部上提供纳米微粒，以及b.在50℃至300℃、更优选60℃至200℃、更优选70℃至150℃烧结纳米微粒10至45分钟。第五方面中，本专利技术涉及一种掺杂的TiO2纳米微粒的分散体，其包含分散在极性液体介质中的如第三方面所述的掺杂的TiO2纳米微粒。掺杂的TiO2纳米微粒的分散体有利地允许它们通过溶液加工提供在基板的顶部上。例如，该分散体可以通过旋涂、辊到辊加工或其它溶液加工方法来施加。在第六方面，本专利技术涉及厚度为至少20nm的掺杂的TiO2薄膜，其可通过根据第四方面的任一实施方式所述的方法得到。所述薄膜通常是没有针孔的。在第七方面，本专利技术涉及一种装置，其包括根据第六方面的任一实施方式所述的掺杂的TiO2薄膜。在第八方面，本专利技术涉及一种形成光伏电池的方法，所述方法包括根据第四方面的任一实施方式所述形成掺杂的TiO2薄膜。本专利技术特定和优选的方面在所附独立和从属权利要求中阐述。可以将从属权利要求中的特征与独立权利要求中的特征以及其它从属权利要求中的特征进行适当组合，而并不仅限于权利要求书中明确所述的情况。虽然本领域中一直存在对装置的改进、改变和发展，但本专利技术的概念被认为代表了充分新和新颖的改进，包括改变现有实践，导致提供了该性质的更有效、更稳定和更可靠的装置。本专利技术的上述和其他特性、特征和优点会在下文具体实施方式中结合附图变得显而易见，其通过实例说明本专利技术的原理。本说明书仅为了举例，而不是限制本专利技术的范围。下文引用的参考图是指附图。附图的简要说明图1是根据本专利技术一实施方式的用于形成太阳能电池的堆叠层的顺序。图2和图3显示了包含根据本专利技术实施方式获得的层和根据现有技术获得的层的电池的太阳能电池装置特性。说明性实施方式的描述将就具体实施方式并参照某些附图对本专利技术进行描述，但本专利技术并不受此限制，仅由权利要求书限定。描述的附图仅是说明性的且是非限制性的。在附图中，一些元素的尺寸可能被夸大且未按比例尺绘画以用于说明目的。所述尺寸和相对尺寸不与本专利技术实践的实际减小相对应。此外，在说明书和权利要求书中的术语第一、第二、第三等用来区别类似的元件，而不一定是用来描述时间、空间、等级顺序或任何其它方式的顺序。应理解，如此使用的术语在合适情况下可互换使用，本专利技术所述的实施方式能够按照本文所述或说明的顺序以外的其它顺序进行操作。此外，在说明书和权利要求书中，术语顶部、底部、之上、之下等用于描述目的，而不一定用于描述相对位置。应理解，如此使用的术语在合适情况下可互换使用，本专利技术所述的实施方式能够按照本文所述或说明的取向以外的其它取向进行操作。应注意，权利要求中使用的术语“包含”不应解释为被限制为其后列出的部分，其不排除其它元件或步骤。因此，其应被理解为指出所述特征、集成、步骤或组分的存在，但这并不排除一种或多种其它特征、集成、步骤或组分或其组合的存在或添加。因此，表述“包括部件A和B的装置”的范围不应被限制为所述装置仅由组件A和B构成。其表示对于本专利技术，所述装置的相关组件仅为A和B。说明书中提及的“一个实施方式”或“一种实施方式”是指连同实施方式描述的具体特征、结构或特性包括在本专利技术的至少一个实施方式中。因此，在说明书中各处出现的短语“在一个实施方式中”或“在一种实施方式中”不一定全部指同一个实施方式，但可能全部都指同一个实施方式。此外，具体特征、结构或特性可以任何合适方式在一个或多个实施方式中组合，这对于本领域普通技术人员而言是显而易见的。类似地，应理解，在本专利技术的示例性实施方式的描述中，本专利技术的不同特征有时组合成一个单一实施方式、特征或其描述，这是为了简化公开内容并帮助理解本专利技术的一个或多个不同方面。然而，本公开内容中的方法不应被理解为反映一项专利技术，请求保护的本专利技术需要比各权利要求中明确引用的具有更多的特征。并且，如同所附权利要求所反映的那样，专利技术方面包括的特征可能会少于前述公开的一个单一实施方式的全部特征。因此，具体说明之后的权利要求将被明确地纳入该具本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于形成掺杂的TiO2纳米微粒的非水性组合物，所述组合物包含：i.包含有机化合物的极性溶剂，所述有机化合物在其化学结构中具有一个或多个氧原子；ii.卤化钛(IV)；以及iii.选自过渡金属卤化物和镧系元素卤化物的掺杂剂前体。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.12.21 EP EP15201493.21.一种用于形成掺杂的TiO2纳米微粒的非水性组合物，所述组合物包含：i.包含有机化合物的极性溶剂，所述有机化合物在其化学结构中具有一个或多个氧原子；ii.卤化钛(IV)；以及iii.选自过渡金属卤化物和镧系元素卤化物的掺杂剂前体。2.如权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述有机化合物选自：醇、醚、醛和酮。3.如权利要求1或权利要求2所述的组合物，其特征在于，所述极性溶剂包括乙醇、苯甲醇、或它们的混合物。4.如前述任一项权利要求所述的组合物，其特征在于，所述掺杂剂前体选自铌、镱、铪和锆的卤化物。5.如前述任一项权利要求所述的组合物，其特征在于，所述掺杂剂前体选自过渡金属氯化物和镧系元素氯化物。6.如前述任一项权利要求所述的组合物，其特征在于，掺杂剂前体卤化物和卤化钛(IV)之间的化学计量比为5％至30％，优选5％至25％，更优选8％至22％。7.如前述任一项权利要求所述的组合物，其特征在于，所述卤化钛(IV)是氯化钛(IV)。8.一种使用如前述权利要求中任一项所述组合物形成掺杂的TiO2纳米微粒的方法，所述方法通过对所述组合物加热和搅拌来形成所述掺杂的TiO2纳米微粒。9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，进行加热和搅拌直至所述组合物变浑浊。10.如权利要求8或权利要求9所述的方法，其特征在于，组合物的加热在50℃至120℃进行6至48小时、优选在65℃至100℃进行、最优选在75℃至进85℃下进行。11.一种掺杂的TiO2纳米微粒，其通过如权利要求8-10中任一项所述的方法获得，其中，所述方法还包括以下步骤：从所述组合物沉淀所述TiO2纳米微粒。12.一种使用如权利要求11所述掺杂的TiO2纳米微粒形成掺杂的TiO2薄膜的方法，所述方法包括：a.在基板顶部上提...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·哈迪珀尔，
申请(专利权)人：IMEC非营利协会，
类型：发明
国别省市：比利时,BE