一种极性差异大的基底与薄膜材料间的膜层结构制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种极性差异大的基底与薄膜材料间的膜层结构制备方法与应用，涉及氧化物半导体材料技术领域

【技术实现步骤摘要】
一种极性差异大的基底与薄膜材料间的膜层结构制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及氧化物半导体材料
，尤其是涉及一种极性差异大的基底与薄膜材料间的膜层结构制备方法与应用
。

技术介绍

[0002]随着人们环保意识的提高，钙钛矿电池以制作成本低
、
理论转化效率高的优势得到了广泛关注
。
目前钙钛矿电池单节电池结构主要有正式结构和反式结构两种形式，其中反式结构是在钙钛矿层上制备电子传输层，作为电子传输层的材料有
TiO2、SnO2、ZnO、ICBA、Fe2O3、PCBM、C60
等
。
然而由于有机传输层材料昂贵且存在稳定性问题，目前主流应用的是二氧化锡作为电子传输层
。
[0003]相关技术中，二氧化锡电子传输层的制备通常采用原子层沉积
(Atomic layer deposition
，简称
ALD)、
活性等离子体沉积
(Reactive Plasma Deposition
，简称
RPD)
和磁控溅射沉积
。
其中磁控溅射沉积时由于需要在
300
伏左右甚至更高的电压下进行，溅射出来的原子团能量大，对钙钛矿膜层损伤大，不利于该膜层的制备
。ALD
技术是将金属有机源与氧源脉冲交替式地通入到反应腔室中，并通过自限制反应成膜的过程，但存在成膜速度慢
、
沉积速率低的问题；
RPD
>是等离子体对靶源加热使靶源升华沉积在基底上，沉积的原子团能量低，具有沉积速度快对基底损伤小的特性，但由于钙钛矿为有机层，是极性极弱的材料，而二氧化锡是无机材料极性大，这样升华的氧化锡原子团在有机钙钛矿层成核难度大而导致两者的接触差，从而导致附着力差的问题
。
[0004]因此，需要开发一种适用于极性差异大的基底与薄膜材料间的膜层结构及制备方法
。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一
。
为此，本专利技术提出一种极性差异大的基底与薄膜材料间的膜层结构制备方法与应用，能够有效解决极性极弱的钙钛矿有机层与极性较大的二氧化锡无机材料之间附着力差的技术问题，且制得的膜层具有更低的电阻率，有助于电子传输
。
[0006]本专利技术还提出一种极性差异大的基底与薄膜材料间的膜层结构
。
[0007]本专利技术还提出一种极性差异大的基底与薄膜材料间的膜层结构在制备钙钛矿电池中的应用
。
[0008]本专利技术的第一方面，提供了一种极性差异大的基底与薄膜材料间的膜层结构制备方法，包括以下步骤：
[0009]步骤
S1、
在基材上涂覆有机钙钛矿材料，固化，得到含有机钙钛矿薄膜的基材；
[0010]步骤
S2、
采用原子层沉积技术在所述含有机钙钛矿薄膜的基材表面沉积第一氧化锡膜层，获得复合膜层结构；
[0011]步骤
S3、
采用活性等离子体沉积技术在所述复合膜层结构的表面沉积第二氧化锡膜层，即得
。
[0012]根据本专利技术实施例的膜层结构制备方法，至少具有如下有益效果：
[0013]本专利技术结合了原子层沉积技术和活性等离子体沉积技术显著提高了二氧化锡膜层与有机钙钛矿层附着力
。
首先本专利技术采用
ALD
技术沉积在有机钙钛矿层上沉积第一氧化锡膜层作为一过渡层，由于其是利用原子吸附及自限制反应的成膜过程，沉积过程对有机钙钛矿层损伤小，且膜层致密
、
附着性好；其次，本专利技术在第一氧化锡膜层的基础上采用了
RPD
方式沉积，相对于常规采用
RPD
方式直接在有机钙钛矿层上沉积方式对有机钙钛矿层损伤更少，且由于并非是直接与极性极弱的有机钙钛矿层接触，因此在制备过程中降低了升华的氧化锡原子团的成膜难度
。
[0014]此外，采用本专利技术
ALD
技术和
RPD
技术结合方式制备膜层结构能够有效提高生产效率
、
制备高质量膜层结构
。
当仅采用
ALD
技术时，通常其成膜速度较慢，一方面会降低生产效率，不利于大规模或工业化应用，另一方面不利于膜层质量的提高，成膜速度过慢会导致薄膜在长时间内接触外界环境，进而增加杂质的积聚，从而降低薄膜的质量
。
而本专利技术通过合理搭配
RPD
技术制备，有效提高了生产效率和膜层质量，因为
RPD
技术成膜速度通常较快
。
[0015]在本专利技术的一些实施方式中，步骤
S1
中，所述基材包括含氧化物薄膜基材和含有机聚合物薄膜基材中的至少一种
。
[0016]在本专利技术的一些实施方式中，所述含氧化物薄膜基材包括含氧化镍薄膜基材
、
含氧化铜薄膜基材
、
含掺锡氧化铟薄膜基材中的至少一种
。
[0017]在本专利技术的一些实施方式中，所述含有机聚合物薄膜基材包括含聚
‑3己基噻吩薄膜基材
。
[0018]在本专利技术的一些实施方式中，步骤
S1
中，所述固化的温度为
120
～
130℃
；和
/
或，所述固化的时间为
10
～
20min。
[0019]在本专利技术的一些实施方式中，步骤
S1
中，所述有机钙钛矿薄膜的厚度为
0.8
～2μ
m。
[0020]在本专利技术的一些实施方式中，所述步骤
S2
具体包括：
[0021]步骤
S11、
以所述含有机钙钛矿薄膜的基材为衬底，加热反应腔室；
[0022]步骤
S12、
以惰性气体作为吹扫气体和所述有机锡源载气，使有机锡源与氧源交替进入所述反应腔室，循环1～5次，即可
。
[0023]在本专利技术的一些实施方式中，在所述加热反应腔室前控制腔内气压小于1×
10
‑5Torr。
[0024]采用本专利技术的原子层沉积技术进行氧化锡，在沉积前不需要对衬底进行单独加热
。
在低气压条件下，气体分子的密度较低，通过加热反应腔室温度，可以缓慢地使温度辐射至衬底表面，降低对有机钙钛矿层基底的损伤
。
[0025]在本专利技术的一些实施方式中，所述有机锡源包括烷基锡
、
醇锡盐
、
四
(
二甲基氨基
)
锡
、
四
(
乙基甲基氨基
)
锡中的至少一种
。
[0026]在本专利技术的一些实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种极性差异大的基底与薄膜材料间的膜层结构制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤
S1、
在基材上涂覆有机钙钛矿材料，固化，得到含有机钙钛矿薄膜的基材；步骤
S2、
采用原子层沉积技术在所述含有机钙钛矿薄膜的基材表面沉积第一氧化锡膜层，获得复合膜层结构；步骤
S3、
采用活性等离子体沉积技术在所述复合膜层结构的表面沉积第二氧化锡膜层，即得
。2.
根据权利要求1所述的膜层结构制备方法，其特征在于，步骤
S1
中，所述基材包括含氧化物薄膜基材和含有机聚合物薄膜基材中的至少一种
。3.
根据权利要求1所述的膜层结构制备方法，其特征在于，步骤
S1
中，所述固化的温度为
120
～
130℃
；和
/
或，所述固化的时间为
10
～
20min。4.
根据权利要求1所述的膜层结构制备方法，其特征在于，所述步骤
S2
具体包括：步骤
S11、
以所述含有机钙钛矿薄膜的基材为衬底，加热反应腔室；步骤
S12、
以惰性气体作为吹扫气体和所述有机锡源载气，使有机锡源与氧源交替进入所述反应腔室，循环1～5次，即可
。5.
根据权利要求4所述的膜层结构制备方法，其特征在于，所述有机锡源包括烷基锡
、
醇锡盐
、
四
(
二甲基氨基
)
锡
、
四
(
乙基甲基氨基
)
锡中的至少一种；和
/
或，所述氧源包括臭氧
...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈明飞，刘永成，王金科，江长久，王志杰，郭梓旋，徐胜利，陈明高，李跃辉，莫国仁，
申请(专利权)人：长沙壹纳光电材料有限公司，
类型：发明
国别省市：