鈣鈦礦層的形成方法以及包含鈣鈦礦層的結構的形成方法技術

一種鈣鈦礦層的形成方法以及包含鈣鈦礦層的結構的形成方法。所述鈣鈦礦層的形成方法包括以下步驟：在基板上涂布鈣鈦礦前驅物材料；對所述基板進行加熱處理；以及對所述鈣鈦礦前驅物材料進行紅外光照射。礦前驅物材料進行紅外光照射。礦前驅物材料進行紅外光照射。

【技術實現步驟摘要】
鈣鈦礦層的形成方法以及包含鈣鈦礦層的結構的形成方法


[0001]本公開是有關于一種鈣鈦礦(perovskite)層的形成方法以及包含鈣鈦礦層的結構的形成方法。

技術介紹

[0002]由于鈣鈦礦材料為良好的光電材料，因而被廣泛地應用在太陽能電池中。一般來說，在將鈣鈦礦層形成于基板上的過程中，會先將鈣鈦礦前驅物材料涂布于基板上，然后利用設置于基板下方的加熱板對基板進行加熱，以使鈣鈦礦前驅物材料中的溶劑揮發并使鈣鈦礦前驅物產生反應而形成鈣鈦礦層。
[0003]然而，當鈣鈦礦材料大面積量產時，利用加熱板自基板的下方提供能量會造成加熱溫度不均勻的問題，因而導致所形成的鈣鈦礦層的質量不佳。此外，在太陽能電池的工藝中，欲在鈣鈦礦層上形成電洞傳輸層(hole transport layer，HTL)時，由于濺鍍工藝會對鈣鈦礦層造成損害，因此并不容易使用無機層來作為鈣鈦礦層上的電洞傳輸層。
[0004]公開內容
[0005]本公開提供一種鈣鈦礦層的形成方法，其對鈣鈦礦前驅物材料進行加熱與紅外光照射來形成鈣鈦礦層。
[0006]本公開提供一種包含鈣鈦礦層的結構的形成方法，其對鈣鈦礦層進行紫外光照射來形成保護層。
[0007]本公開的鈣鈦礦層的形成方法包括以下步驟：在基板上涂布鈣鈦礦前驅物材料；對所述基板進行加熱處理；以及對所述鈣鈦礦前驅物材料進行紅外光照射。
[0008]本公開的包含鈣鈦礦層的結構的形成方法包括以下步驟：在基板上形成鈣鈦礦層；以及對所述鈣鈦礦層進行第一紫外光照射，以在所述鈣鈦礦層上形成保護層，其中保護層的材料包括鹵化物BX2，B為Pb、Sn或Ge，X為Cl、Br或I。
[0009]為讓本公開的上述特征和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，并配合附圖作詳細說明如下。
附圖說明
[0010]圖1為根據本公開的第一實施例所繪示的鈣鈦礦層的形成方法的流程圖。
[0011]圖2為根據本公開的第二實施例所繪示的鈣鈦礦層的形成方法的流程圖。
[0012]圖3為根據本公開的第三實施例所繪示的鈣鈦礦層的形成方法的流程圖。
[0013]圖4為根據本公開的實施例所繪示的包含鈣鈦礦層的結構的形成方法的流程圖。
[0014]圖5A至圖5C為根據本公開的實施例所繪示的包含鈣鈦礦層的結構的形成方法的剖面示意圖。
[0015]【附圖中主要元件符號說明】
[0016]100、102、104、200、300、400、402、404：步驟
[0017]500：基板
[0018]502：鈣鈦礦層
[0019]504：紫外光照射
[0020]506：薄膜
[0021]508：電鍍工藝
[0022]510：無機層
具體實施方式
[0023]圖1為根據本公開的第一實施例所繪示的鈣鈦礦層的形成方法的流程圖。請參照圖1，在步驟100中，在基板上涂布鈣鈦礦前驅物材料。在一實施例中，鈣鈦礦前驅物材料包括鈣鈦礦材料ABX3及有機溶劑，其中鈣鈦礦材料ABX3例如為ABX3型有機無機復合鈣鈦礦材料，A為有機銨材料(例如CH3NH3、CH3CH2NH3、NH2CH＝NH2等)，B為金屬材料(例如Pb、Sn、Ge等)，X為鹵素(例如Cl、Br或I)，有機溶劑用于溶解上述鈣鈦礦材料。有機溶劑可舉例為γ-丁內酯(GBL)、二甲基亞砜(DMSO)、二甲基甲酰胺(DMF)或其混合溶劑。在其他實施例中，其他的鈣鈦礦前驅物材料可參考文獻J.Mater.Chem.A，2015，3，8926-8942和Chem.Soc.Rev.，2019，48，2011-2038，本公開不限于此。
[0024]在本實施例中，基板例如是太陽能電池中的基板，基板可為透明或不透明的硬性或軟性基板，但本公開不限于此。在其他實施例中，基板可以是任何合適的基板。此外，在本實施例中，涂布鈣鈦礦前驅物材料的方法例如是刮刀涂布法(blade)、狹縫式涂布(slot-die)、噴涂(spray)等。當基板為大尺寸基板時，以刮刀涂布法來涂布鈣鈦礦前驅物材料可使鈣鈦礦前驅物材料均勻地分布于基板上，以利于鈣鈦礦層的生長。此外，透過刮刀涂布法，可使薄膜表面更加平整，且經由調節刮刀間隙，可更好地控制薄膜厚度。此外，刮刀涂布法還具有工藝簡單以及設備成本低的優點。然而，在本公開中，涂布鈣鈦礦前驅物材料的方法并不限于刮刀涂布法，也可使用上述各種方法來涂布鈣鈦礦前驅物材料。
[0025]然后，在步驟102中，在涂布鈣鈦礦前驅物材料之后，對基板進行加熱處理，以使鈣鈦礦前驅物材料中的溶劑揮發而產生晶核，并使鈣鈦礦前驅物產生反應而逐漸成長出致密的鈣鈦礦薄膜。在本實施例中，例如使用加熱板在基板的下方對基板進行加熱，且加熱處理的溫度例如介于60℃至150℃之間。當加熱溫度低于60℃，無法使主要溶劑揮發；當加熱溫度高于150℃，會造成鈣鈦礦裂解。加熱處理的時間例如介于30分鐘至1小時之間。
[0026]然后，在步驟104中，在停止對基板進行加熱處理之后，對鈣鈦礦前驅物材料進行紅外光照射，使鈣鈦礦前驅物材料中的溶劑加速揮發，以形成具有大晶粒(300nm～500nm)的鈣鈦礦層。此外，在進行紅外光照射時，鈣鈦礦前驅物材料中的元素(ABX3)可均勻擴散，因此可形成具有較佳質量的鈣鈦礦層。另外，通過上述方式，可形成2D/3D混合結構鈣鈦礦層。在本實施例中，紅外光照射使用波長例如介于700nm至1400nm之間紅外光，且紅外光照射的時間例如介于20秒至30分鐘之間。低于20秒無法形成2D/3D混合結構鈣鈦礦層，超過30分鐘則會造成鈣鈦礦晶體裂解。
[0027]將比較例的鈣鈦礦層(經100℃加熱1小時形成鈣鈦礦之后未進行紅外光照射)與本實施例的鈣鈦礦層(經100℃加熱1小時形成鈣鈦礦之后照射紅外光30分鐘)，隨后依序沉積Spiro-OMeTAD、Au電極后，形成太陽能電池，再進行照光測試，照光條件為AM1.5，1000W/m2，25℃下。經測試后，在效率方面，具有本實施例的鈣鈦礦層的太陽能電池的效率
(12.4％)明顯高于具有比較例的鈣鈦礦層的太陽能電池的效率(10.0％)。此外，在短路電流方面，具有本實施例的鈣鈦礦層的太陽能電池的短路電流(16.0mA/cm2)明顯高于具有比較例的鈣鈦礦層的太陽能電池的短路電流(14.0mA/cm2)。
[0028]圖2為根據本公開的第二實施例所繪示的鈣鈦礦層的形成方法的流程圖。在本實施例中，與第一實施例相同的步驟將不再對其進行描述。
[0029]請參照圖2，與第一實施例相同，在步驟100中，在基板上涂布鈣鈦礦前驅物材料。然后，在步驟200中，同時對基板進行加熱處理以及對鈣鈦礦前驅物材料進行紅外光照射。在本實施例中，例如使用加熱板在基板的下方對基板進行加熱，且加熱處理的溫度例如介于60℃至150℃之間，加熱處理的時間例如介于30分鐘至1小時之間。此外，紅外光照射使用波長例如介于700nm至1400nm之間紅外光，且紅外光照射的時間例如本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種鈣鈦礦層的形成方法，包括：在基板上涂布鈣鈦礦前驅物材料；對所述基板進行加熱處理；以及對所述鈣鈦礦前驅物材料進行紅外光照射。2.根據權利要求1所述的鈣鈦礦層的形成方法，其中所述加熱處理在所述紅外光照射之前進行。3.根據權利要求1所述的鈣鈦礦層的形成方法，其中所述加熱處理與所述紅外光照射同時進行。4.根據權利要求1或3所述的鈣鈦礦層的形成方法，還包括對所述鈣鈦礦前驅物材料進行紫外光照射，其中所述紫外光照射在所述加熱處理的期間進行，且所述紅外光照射的結束時間不晚于所述紫外光照射的結束時間。5.根據權利要求4所述的鈣鈦礦層的形成方法，其中所述紫外光照射使用波長介于320nm至400nm之間的紫外光。6.根據權利要求5所述的鈣鈦礦層的形成方法，其中所述紫外光照射的時間不超過600秒。7.根據權利要求1所述的鈣鈦礦層的形成方法，其中所述加熱處理的溫度介于60℃至150℃之間。8.根據權利要求1或7所述的鈣鈦礦層的形成方法，其中所述加熱處理的時間介于30分鐘至1小時之間。9.根據權利要求1所述的鈣鈦礦層的形成方法，其中所述紅外光照射使用波長介于700nm至1400nm之間紅外光。10.根據權利要求1或9所述的鈣鈦礦層的形成方法，其中所述紅外光照射的時間介于20秒至30分鐘之間。11.根據權利要求1所述的鈣鈦礦層的形成方法，其中涂布所述鈣鈦礦前驅物材料的方法包括刮刀涂布法、狹縫式涂布或噴涂。12.一種包含鈣鈦礦層的結構的形成方法，包括：在基板上形成...

【專利技術屬性】
技術研發人員：吳世雄，童永樑，黃國瑋，邱培庭，許弘儒，林家名，
申請(專利權)人：財團法人工業技術研究院，
類型：發明
國別省市：