一种无机铯铅卤钙钛矿磁控溅射靶材制备与回收和薄膜生长技术制造技术

本发明专利技术涉及光伏器件制作工艺领域，具体为一种无机铯铅卤钙钛矿磁控溅射靶材制备与回收和薄膜生长技术。常规的溶液法制备无机钙钛矿薄膜，由于过快的液相反应不易控制，导致钙钛矿薄膜出现不均匀、多孔洞的现象，进而影响薄膜的质量和性能。本发明专利技术设计了一种无机钙钛矿磁控溅射靶材的制备与回收技术，并采用该靶材在衬底上溅射生长薄膜。该技术克服了溶液法生长薄膜多孔洞的缺点，生长出均匀分布、形貌紧凑、低缺陷密度、高相纯度的无机钙钛矿薄膜，其优化的性能和稳定的技术为钙钛矿薄膜的商业化生产应用提供了新思路。

【技术实现步骤摘要】
一种无机铯铅卤钙钛矿磁控溅射靶材制备与回收和薄膜生长技术
本专利技术涉及光伏器件制作工艺领域，特别涉及一种无机铯铅卤基钙钛矿薄膜的制作方法及其制作的太阳能电池

技术介绍
近些年来，单结有机钙钛矿光伏电池的光电转换效率从3.8%提升至25.2%，却依然难以商用，究其原因为吸收层采用金属卤化物有机钙钛矿，因易于分解而不能够在自然条件下长期稳定存在。因此，科研人员将焦点转移至稳定性相对较高的铯铅卤基无机钙钛矿薄膜，铯铅卤基无机钙钛矿是一种应用潜力巨大且光伏性能优越的半导体材料，具有一系列优点：①直接带隙，光生载流子的产生不需要声子参与，因而吸收系数高；②带隙可调，可以通过改变元素组分灵活设计带隙宽度，进而与太阳光谱最佳匹配；③可掺杂度高，即使用Sn或Mn部分取代Pb原子，其晶体结构仍然是钙钛矿型；④稳定性高，因热稳定性和抗辐射能力较高，因而使用寿命较长。目前，铯铅卤基无机钙钛矿薄膜的主要制备方法为多步旋涂法和反溶剂辅助旋涂成膜法。上述两种方法均属于溶液法，即通常采用DMF、DMSO等有机溶剂配制胶体溶液，进而在衬底上旋涂成膜。溶液法不仅采用危害健康的有毒化学试剂，而且易出现溶质团聚的现象，使得最终制作的吸收层薄膜不均匀且多孔洞，导致晶体表面和晶界处产生缺陷态，最终影响器件的光子吸收、电荷输运以及转换效率的提升，成为亟待解决的技术难题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是为了克服现有技术的溶液法制作的铯铅卤基无机钙钛矿薄膜存在吸收层薄膜不均匀且多孔洞的缺陷，提供一种铯铅卤基无机钙钛矿薄膜的制作方法及其制作的太阳能电池，该方法避免了有毒化学试剂的使用，采用该方法制作的铯铅卤基无机钙钛矿薄膜不仅孔洞较少，还具有组分均一以及平整度高的优点。本专利技术是通过下述技术方案来解决上述技术问题：（A）制备靶材，（A1）将CsXm和PbYn粉末按照1:1-1.1混合，其中X和Y为Cl、Br或I元素，m和n为1或2，并在-4℃球磨4小时；（A2）将混合粉末倒入压制模具内，并使用100-200吨压力压制3-10分钟，制作成靶材；（B）使用磁控溅射技术在0.5-0.8Pa的Ar气氛下将该靶材溅射至衬底形成500-2000nm厚度的CsPbXmYn薄膜；（C）靶材回收。较佳地，该（A1）步骤和该（A2）步骤之间还包括（A11）步骤：将步骤（A1）球磨制作的粉末在真空条件下，使用马弗炉80℃加热2小时，升温至200℃并保持2小时，然后降温至常温。较佳地，该（A）步骤还包括（A3）步骤：使用马弗炉将该靶材在300℃烧结12小时。较佳地，该（B）步骤：使用磁控溅射技术在0.5-0.8Pa的Ar气氛下将该靶材溅射至衬底制作500-2000nm厚度的CsPbXmYn薄膜，然后在200℃条件下原位退火10-30min。较佳地，所述CsXm和所述PbYn粉末分别为CsBr和PbBr2粉末，CsBr和PbBr2粉末按照化学计量比1:1混合，或所述CsXm和所述PbYn粉末分别为CsCl和PbCl2粉末，CsCl和PbCl2粉末按照化学计量比1:1混合，或所述CsXm和所述PbYn粉末分别为CsI和PbBr2粉末，CsI和PbBr2粉末按照化学计量比1:1.1混合，或所述CsXm和所述PbYn粉末分别为CsBr和PbI2粉末，CsBr和PbI2粉末按照化学计量比1:1混合。较佳地，该制作方法还包括位于该（B）步骤之后的（C）靶材回收步骤，其包括：（C1）使用抛光设备打磨该靶材表面，并依次采用去离子水和无水乙醇清洁靶材。随后收集靶材颗粒，在-4℃球磨2小时，之后在60-80℃的真空条件下烘干；（C2）烘干后的原料在马弗炉中80℃加热2小时，然后升温至200℃并加热2小时，并降至常温。基于一种无机铯铅卤钙钛矿磁控溅射靶材制备与回收和薄膜生长技术来组装一种铯铅卤无机钙钛矿太阳能电池，包括导电玻璃衬底和依次工艺制作在该导电玻璃衬底上的TiO2致密层、TiO2介孔层、铯铅卤基无机钙钛矿吸收层以及顶电极层，其特点在于，该铯铅卤基无机钙钛矿吸收层的制作工艺包含以下步骤：（A）制备靶材，（A1）将CsXm和PbYn粉末按照1:1-1.1混合，其中X和Y为Cl、Br或I元素，m和n为1或2，并在-4℃球磨4小时；（A2）将混合粉末倒入压制模具内，并使用100-200吨压力压制3-10分钟，制作成靶材；（B）使用磁控溅射技术在0.5-0.8Pa的Ar气氛下将该靶材溅射至衬底形成500-2000nm厚度的CsPbXmYn薄膜；（C）靶材回收。该（A1）步骤和该（A2）步骤之间还包括（A11）步骤：将步骤（A1）球磨制作的粉末在真空条件下，使用80℃的温度加热2小时，升温至200℃并保持2小时，然后降温至常温；该（A）步骤还包括（A3）步骤：使用马弗炉将该靶材在300℃烧结12小时。较佳地，该（B）步骤：使用磁控溅射技术在0.5-0.8Pa的Ar气氛下将该靶材溅射至衬底制作500-2000nm厚度的CsPbXmYn薄膜，然后在200℃条件下原位退火10-30min。所述CsXm和所述PbYn粉末分别为CsBr和PbBr2粉末，CsBr和PbBr2粉末按照化学计量比1:1混合，或所述CsXm和所述PbYn粉末分别为CsCl和PbCl2粉末，CsCl和PbCl2粉末按照化学计量比1:1混合，或所述CsXm和所述PbYn粉末分别为CsI和PbBr2粉末，CsI和PbBr2粉末按照化学计量比1:1.1混合，或所述CsXm和所述PbYn粉末分别为CsBr和PbI2粉末，CsBr和PbI2粉末按照化学计量比1:1混合。较佳地，该制作方法还包括位于该（B）步骤之后的（C）靶材回收步骤，其包括：（C1）使用抛光设备打磨该靶材表面，并依次采用去离子水和无水乙醇清洁靶材。随后收集靶材颗粒，在-4℃球磨2小时，之后在60-80℃的真空条件下烘干；（C2）烘干后的原料在马弗炉中80℃加热2小时，然后升温至200℃并加热2小时，并降至常温。在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本专利技术各较佳实例。本专利技术的积极进步效果在于：该方法避免了有毒化学试剂的使用，采用该方法制作的铯铅卤基无机钙钛矿薄膜不仅孔洞较少，还具有组分均一以及平整度高的优点，采用该方法制作的太阳能电池具有较少的晶面和晶界缺陷，有效地促进光子吸收和电荷输运。附图说明图1为本专利技术较佳实施例的铯铅卤基无机钙钛矿薄膜的制作方法的工艺流程图。图2为本专利技术较佳实施例的制作方法对球磨后的粉末真空退火控温图。图3为本专利技术较佳实施例的制作方法的引入真空退火步骤改善粉末结晶度的XRD表征图。图4为本专利技术较佳实施例的铯铅卤基无机钙钛矿薄膜的制作方法所沉积的薄膜表面的SEM图。图5为本专利技术较佳实施例的制作方法所沉积的铯铅卤基无机钙钛矿薄膜的EDS扫描图。图6为本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无机铯铅卤钙钛矿磁控溅射靶材制备与回收和薄膜生长技术，其特征在于，包括以下步骤：/n（A）制备靶材，/n（A1）将CsX

【技术特征摘要】
1.一种无机铯铅卤钙钛矿磁控溅射靶材制备与回收和薄膜生长技术，其特征在于，包括以下步骤：
（A）制备靶材，
（A1）将CsXm和PbYn粉末按照1:1-1.1混合，其中X和Y为Cl、Br或I元素，m和n为1或2，并在-4℃球磨4小时；
（A2）将混合粉末倒入压制模具内，并使用100-200吨压力压制3-10分钟，制作成靶材；
（B）使用磁控溅射技术在0.5-0.8Pa的Ar气氛下将该靶材溅射至衬底形成500-2000nm厚度的CsPbXmYn薄膜；
（C）靶材回收。


2.如权利要求1所述的一种无机铯铅卤钙钛矿磁控溅射靶材制备与回收和薄膜生长技术，其特征在于，该（A1）步骤和该（A2）步骤之间还包括（A11）步骤：
将步骤（A1）球磨制作的粉末在真空条件下，使用马弗炉80℃热处理2小时，升温至200℃并保持2小时，然后降温至常温。


3.如权利要求1所述的一种无机铯铅卤钙钛矿磁控溅射靶材制备与回收和薄膜生长技术，其特征在于，该（A）步骤还包括（A3）步骤：使用马弗炉将该靶材在300℃烧结12小时。


4.如权利要求1所述的一种无机铯铅卤钙钛矿磁控溅射靶材制备与回收和薄膜生长技术，其特征在于，该（B）步骤：使用磁控溅射技术在0.5-0.8Pa的Ar气氛下将该靶材溅射至衬底制作500-2000nm厚度的CsPbXmYn薄膜，然后在200℃条件下原位退火10-30min。


5.如权利要求1所述的一种无机铯铅卤钙钛矿磁控溅射靶材制备与回收和薄膜生长技术，其特征在于，所述CsXm和所述PbYn粉末分别为CsBr和PbBr2粉末，CsBr和PbBr2粉末按照化学计量比1:1混合，或所述CsXm和所述PbYn粉末分别为CsCl和PbCl2粉末，CsCl和PbCl2粉末按照化学计量比1:1混合，或所述CsXm和所述PbYn粉末分别为CsI和PbBr2粉末，CsI和PbBr2粉末按照化学计量比1:1.1混合，或所述CsXm和所述PbYn粉末分别为CsBr和PbI2粉末，CsBr和PbI2粉末按照化学计量比1:1混合。


6.如权利要求1所述的一种无机铯铅卤钙钛矿磁控溅射靶材制备与回收和薄膜生长技术，其特征在于，该制作方法还包括位于该（B）步骤之后的（C）靶材回收步骤，其包括：
（C1）使用抛光设备打磨该靶材表面，并依次采用去离子水和无水乙醇清洁靶材;随后收集靶材颗粒，在-4℃球磨2小时，之后在60-80℃的真空条件下烘干；
（C2）烘干后的原料在马弗炉中80℃热处理2小时...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹丙强，徐帆，张永政，齐文涛，孙海瑞，
申请(专利权)人：曲阜师范大学，
类型：发明
国别省市：山东;37