一种钙钛矿太阳电池的氧化锡电子传输层的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种钙钛矿太阳电池的氧化锡电子传输层的制备方法，该制备方法包括以下步骤：将固体的纯锡金属颗粒装入金属钼舟中；打开真空腔室门，将装有纯锡金属颗粒的钼舟置入水冷坩埚内；将衬底放在旋转架上；关闭真空腔室门，将真空腔室抽真空；在阴极钽管中通入氩气，使得纯锡金属颗粒熔化并蒸发；向真空腔室内通入氧气；反应生成氧化锡；打开挡板，氧化锡最终沉积到衬底上，形成金属氧化物薄膜；进行紫外臭氧清洗得到成品。本发明专利技术制备的金属氧化物薄膜透过率高，均匀无孔洞，经过紫外臭氧清洗即可作为钙钛矿太阳电池的电子传输层，无需高温退火处理，可实现大面积或者织构衬底的保形覆盖，成本低，可重复性强。可重复性强。可重复性强。

【技术实现步骤摘要】
一种钙钛矿太阳电池的氧化锡电子传输层的制备方法


本专利技术涉及光电子材料领域，尤其是一种钙钛矿太阳电池的氧化锡电子传输层的制备方法。

技术介绍

太阳能电池是一种通过光电效应或者光化学反应直接把光能转化成电能的装置。1839年，法国物理学家Becquerel发现了光生伏特效应，1876年，英国科学家Adams等人发现，当太阳光照射硒半导体时，会产生电流。这种光电效应太阳能电池的工作原理是，当太阳光照在半导体p
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n结区上，会激发形成空穴
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电子对(激子)在p
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n结电场的作用下，激子首先被分离成为电子与空穴并分别向阴极和阳极输运。光生空穴流向p区，光生电子流向n区，接通电路就形成电流。钙钛矿太阳电池是利用钙钛矿型的有机金属卤化物半导体作为吸光材料的太阳能电池，属于第三代太阳能电池，也称作新概念太阳能电池。近年来，钙钛矿太阳电池得到了迅速的发展，光电转换效率从2009年的3.8％增长到了现在的25.7％。电子传输层是高效钙钛矿太阳电池中必不可少的部分，它起到传输电子阻碍空穴的作用。在n
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p结构平面钙钛矿太阳电池中，电子传输层的质量还会决定上层钙钛矿层的生长质量。目前氧化锡电子传输层的制备方法主要是基于溶液法，但是溶液法往往需要150摄氏度及以上高温退火形成高质量的氧化锡电子传输层，而且溶液法往往采用旋涂的方法来成膜，不适用于大面积衬底和织构衬底。因此，需要设计一种钙钛矿太阳电池的氧化锡电子传输层的制备方法。
专利技术内容
为了克服现有技术中的缺陷，提供一种钙钛矿太阳电池的氧化锡电子传输层的制备方法。本专利技术通过下述方案实现：一种钙钛矿太阳电池的氧化锡电子传输层的制备方法，该制备方法包括以下步骤：步骤1、将固体的纯锡金属颗粒装入金属钼舟中；步骤2、打开真空腔室门，将装有纯锡金属颗粒的钼舟置入水冷坩埚内；步骤3、将衬底放在旋转架上；步骤4、关闭真空腔室门，将真空腔室抽真空；步骤5、在阴极钽管中通入氩气，通电使氩气电离起辉产生阴离子束，阴离子束在偏转线圈产生的偏转磁场作用下定向偏转并轰击在钼舟中的纯锡金属颗粒上，使得纯锡金属颗粒熔化并蒸发；步骤6、向真空腔室内通入氧气；在通电的情况下，部分氧气被电离成活性氧，在真空腔室内，活性氧和蒸发的纯锡金属相碰撞，反应生成氧化锡；
步骤7、打开挡板，所述步骤6生成的氧化锡最终沉积到衬底上，形成金属氧化物薄膜；步骤8、将所述步骤7沉积的金属氧化物薄膜拿出，进行紫外臭氧清洗得到钙钛矿太阳电池的氧化锡电子传输层成品。在步骤1中，所述固体纯锡金属颗粒的纯度为99.99wt％，所述固体纯锡金属颗粒装载到金属钼舟高度的三分之二位置处。在步骤3中，所述衬底为导电玻璃或者导电柔性衬底，所述衬底放在旋转架上前进行紫外臭氧清洗30分钟。在步骤4中，所述真空腔室抽真空是将真空腔室抽到5
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‑4Pa以下的压强。在步骤5中，在所述在阴极钽管中通入氩气的通量为120～150sccm。在步骤5中，在所述氩气电离起辉后，在所述在阴极钽管中通入氩气的通量为10
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30sccm。在步骤5中，所述通电的电流大小为30
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50A。在步骤6中，所述通入氧气的通量为40
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60sccm。在步骤8中，所述紫外臭氧清洗是采用紫外臭氧清洗机中清洗10
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20分钟。本专利技术的有益效果为：本专利技术一种钙钛矿太阳电池的氧化锡电子传输层的制备方法采用的是锡纯金属为靶材，应用空心阴离子镀方法，蒸发出来的锡金属与氧气反应更彻底，可以通过调控氧气通量来实现调控薄膜中氧空位的数量。制备的金属氧化物薄膜透过率高，均匀无孔洞，经过紫外臭氧清洗即可作为钙钛矿太阳电池的电子传输层，无需高温退火处理，可实现大面积或者织构衬底的保形覆盖，成本低，可重复性强。
附图说明
图1为本专利技术制备氧化锡薄膜的反应空心阴离子镀设备示意图。图2为本专利技术制备的金属氧化物薄膜的扫描电子显微镜图。
具体实施方式
下面对本专利技术做进一步说明：如图1所示，一种钙钛矿太阳电池的氧化锡电子传输层的制备方法，该制备方法包括以下步骤：步骤1、将固体的纯锡金属颗粒装入金属钼舟(金属钼舟的具体结构和成分为公知技术，在此不再赘述)中；步骤2、打开真空腔室门，将装有纯锡金属颗粒的钼舟置入水冷坩埚内；步骤3、将衬底放在旋转架上；步骤4、关闭真空腔室门，将真空腔室抽真空；步骤5、在阴极钽管中通入氩气，通电使氩气电离起辉产生阴离子束(具体过程为：通电使氩气电离，产生辉光放电，氩离子轰击钽管，发射大量热电子，电流增加，电压下降，辉光放电变为弧光放电)，阴离子束在偏转线圈产生的偏转磁场作用下定向偏转并轰击在钼舟中的纯锡金属颗粒上，使得纯锡金属颗粒熔化并蒸发；
步骤6、向真空腔室内通入氧气；在通电的情况下，部分氧气被电离成活性氧，在真空腔室内，活性氧和蒸发的纯锡金属相碰撞，反应生成氧化锡；步骤7、打开挡板，所述步骤6生成的氧化锡最终沉积到衬底上，形成金属氧化物薄膜；其微观结构如图2所示。步骤8、将所述步骤7沉积的金属氧化物薄膜拿出，进行紫外臭氧清洗得到钙钛矿太阳电池的氧化锡电子传输层成品。在步骤1中，所述固体纯锡金属颗粒的纯度为99.99wt％，所述固体纯锡金属颗粒装载到金属钼舟高度的三分之二位置处。在步骤3中，所述衬底为导电玻璃或者导电柔性衬底，所述衬底放在旋转架上前进行紫外臭氧清洗30分钟。在步骤4中，所述真空腔室抽真空是将真空腔室抽到5
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‑4Pa以下的压强。在步骤5中，在所述在阴极钽管中通入氩气的通量为120～150sccm。在步骤5中，在所述氩气电离起辉后，在所述在阴极钽管中通入氩气的通量为10
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30sccm。在步骤5中，所述通电的电流大小为30
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50A。在步骤6中，所述通入氧气的通量为40
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60sccm。在步骤8中，所述紫外臭氧清洗是采用紫外臭氧清洗机(紫外臭氧清洗机的具体结构和原理为公知技术，在此不再赘述)中清洗10
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20分钟。下面对本专利技术优选的实施例进一步说明：实施例1(1)导电玻璃的清洗步骤：用洗洁精和去离子水超声清洗20分钟，去离子水超声清洗20分钟，丙酮超声清洗20分钟，酒精超声清洗20分钟，用氮气吹干；对于柔性衬底的清洗，使用无尘棉签蘸取酒精轻轻擦拭干净，用氮气吹干；两种衬底均用紫外臭氧清洗机清洗20分钟。(2)打开真空腔室门，将衬底放在旋转架上；(3)将固体纯锡金属颗粒装入金属钼舟中；(4)将装有纯锡金属颗粒的钼舟置入水冷坩埚内；(5)关闭真空腔室门，将真空腔室抽到5
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‑4Pa以下的压强；(6)在阴极钽管中通入120sccm的氩气，通电电流为30A，使氩气电离起辉，待稳定后，氩气通量为10sccm。(7)向真空腔室内通入40sccm的氧气；(8)打开挡板，生成的氧化锡最终沉积到衬底上，形成30nm金属氧化物薄膜；(9)将沉积的样品拿本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钙钛矿太阳电池的氧化锡电子传输层的制备方法，其特征在于，该制备方法包括以下步骤：步骤1、将固体的纯锡金属颗粒装入金属钼舟中；步骤2、打开真空腔室门，将装有纯锡金属颗粒的钼舟置入水冷坩埚内；步骤3、将衬底放在旋转架上；步骤4、关闭真空腔室门，将真空腔室抽真空；步骤5、在阴极钽管中通入氩气，通电使氩气电离起辉产生阴离子束，阴离子束在偏转线圈产生的偏转磁场作用下定向偏转并轰击在钼舟中的纯锡金属颗粒上，使得纯锡金属颗粒熔化并蒸发；步骤6、向真空腔室内通入氧气；在通电的情况下，部分氧气被电离成活性氧，在真空腔室内，活性氧和蒸发的纯锡金属相碰撞，反应生成氧化锡；步骤7、打开挡板，所述步骤6生成的氧化锡最终沉积到衬底上，形成金属氧化物薄膜；步骤8、将所述步骤7沉积的金属氧化物薄膜拿出，进行紫外臭氧清洗得到钙钛矿太阳电池的氧化锡电子传输层成品。2.根据权利要求1所述的一种钙钛矿太阳电池的氧化锡电子传输层的制备方法，其特征在于：在步骤1中，所述固体纯锡金属颗粒的纯度为99.99wt％，所述固体纯锡金属颗粒装载到金属钼舟高度的三分之二位置处。3.根据权利要求1所述的一种钙钛矿太阳电池的氧化锡电子传输层的制备方法，其特征在于：在步骤3中，所述衬底为导电玻璃或者导电柔性衬底，所述衬底放在旋转架上前...

【专利技术属性】
技术研发人员：车志刚，刘丰珍，周玉荣，
申请(专利权)人：中国科学院大学，
类型：发明
国别省市：