Способ получения крупнозернистых пленок перовскита в условиях пространственного ограниченного роста



Способ получения крупнозернистых пленок перовскита в условиях пространственного ограниченного роста
Способ получения крупнозернистых пленок перовскита в условиях пространственного ограниченного роста
H01L51/48 - Приборы на твердом теле, предназначенные для выпрямления, усиления, генерирования или переключения или конденсаторы или резисторы по меньшей мере с одним потенциальным барьером или поверхностным барьером; с использованием органических материалов в качестве активной части или с использованием комбинации органических материалов с другими материалами в качестве активной части; способы или устройства специально предназначенные для производства или обработки таких приборов или их частей (способы или устройства для обработки неорганических полупроводниковых тел, включающей в себя образование или обработку органических слоев на них H01L 21/00,H01L 21/312,H01L 21/47)

Владельцы патента RU 2661025:

Акционерное общество "Красноярская ГЭС" (RU)

Использование: для получения пленок органо-неорганических соединений со структурой перовскита. Сущность изобретения заключается в том, что способ получения крупнозернистых пленок перовскита с химической формулой АВХ3 характеризуется тем, что расплав АХ - nX2 наносят на поверхность прекурсора компонента В, распределяют по этой поверхности пластиной, содержащей рельеф, и выдерживают так до полной конверсии прекурсора компонента В в перовскит состава АВХ3, после чего избыток расплава АХ - nX2 удаляют растворителем, где n≥1, А=CH3NH3+, (NH2)2СН+, С(NH2)3+, Cs+, В=Sn, Pb, Bi, Х=Cl, Br, I. Технический результат - обеспечение возможности увеличения сплошности покрытия и укрупнения средних размеров зерен перовскита. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Заявляемое изобретение относится к области материаловедения, а именно к способам получения пленок органо-неорганических соединений со структурой перовскита, которые могут быть использованы в качестве светопоглощающего слоя в перовскитных солнечных ячейках.

Уровень техники

Из уровня техники известны способы увеличения зерна перовскита путем продолжительного отжига: так из публикации Zhengguo Xiao, Qingfeng Dong, Cheng Bi, Yuchuan Shao, Yongbo Yuan, Jinsong Huang, ((Solvent Annealing of Perovskite-Induced Crystal Growth for Photovoltaic-Device Efficiency Enhancement», Advanced Materials, 2014, v. 26 (37): 6503-6509 и из патента US 9391287 B1, H01L 51/42, опубл. 12.07.2016 известен способ отжига слоя CH3NH3PbI3 при температуре 80-120°C в течение 30-180 мин, что приводило к увеличению зерна пленки перовскита до 1 мкм.

Недостатком данного метода получения крупнозернистых пленок является необходимость стадии термической обработки в сухой атмосфере, что предполагает дополнительные затраты энергии и требует наличия специального оборудования, позволяющее производить данную обработку.

Из уровня техники известны способы придания рельефа поверхности светопоглощающего слоя, на которые падает солнечное излучение: из патента US 06159445, H01L 21/306, опубл. 07.09.1982, известен способ придания рельефа поверхности светопоглощающего слоя солнечных ячеек с целью увеличения количества улавливаемого ячейкой света с помощью травления светопоглощающего слоя. В патенте US 06159445 раскрывается способ создания пирамидальных лунок на поверхности кремниевых солнечных ячеек путем травления, наличие которых позволяет уменьшить потери, возникающие из-за отражения от плоской поверхности кремниевой солнечной ячейки. Однако химическая природа соединения со структурой перовскита, для текстурирования которого был разработан заявляемый способ текстурирования, не позволяет использовать растворное травление для придания рельефа поверхности светопоглощающего слоя.

Из известных технических решений наиболее близким по назначению и технической сущности к заявляемому объекту являются методы нанопечатной литографии: из патента US 12477375, H01L 51/44, 24.12.2009 и US 12388212, H01L 31/0296, 29.09.2009 известен способ нанопечатной литографии, заключающийся в формировании рельефа поверхности посредством прижима к нему штампа с требуемым рельефом. В частности, данный подход применялся для формирования текстуры поверхности светопоглощающих слоев солнечных ячеек из органических полимеров. Данный метод, однако, не может быть напрямую использован для придания текстуры слою перовскита типа АВХ3, где А=CH3NH3+, (NH2)2CH+, C(NH2)3+, Cs+, B=Sn, Pb и Bi, X=Br, I, поскольку слой перовскита является хрупким при комнатной температуре и при нагревании разлагается до перехода в жидкое/пластичное состояние.

Из патента US 4565599 А, С30В 1/08, 21.01.1986 и публикации Givargizov, Е.I. "Artificial epitaxy (graphoepitaxy)." Oriented Crystallization on Amorphous Substrates. Springer US, 1991. 113-220 известен метод искусственной эпитаксии (графотекстурирования), представляющий собой метод ориентированной кристаллизации, в основе которого лежит ориентирующее влияние искусственно создаваемой на поверхности аморфной подложки рельефа. При соответствии симметрии рельефа симметрии простой формы растущего кристалла, наблюдается его ориентирование вдоль линий рельефа подложки. Направляющий кристаллизацию рельеф может быть создан на подложке или на покровном слое (накрывающем раствор/расплав, из которого происходит кристаллизация) или на подложке и покровном слое одновременно.

В отличие от метода графоэпитаксии, штамп играет роль устройства, равномерно распределяющего реакционный расплав по поверхности, ограничивая его количество, а также обеспечивает контролируемую толщину пленки.

В отличие от метода нанопечатной литографии в заявляемом способе задание рельефа производится не за счет механической деформации, т.е. вдавливания штампа в слой материала, а за счет роста зерен перовскита в условиях ограниченной геометрии. Другими словами, зерна перовскита в ходе роста заполняют полости, задаваемые рельефом штампа.

Раскрытие изобретения

Задачей заявляемого технического решения является получение пленок перовскита в диапазоне температур 20-100°C со сплошностью 100%, заданным рельефом и средним размером зерен от 0.3 до 20 мкм.

Технический результат заключается в увеличении сплошности покрытия и в укрупнении средних размеров зерен перовскита.

Поставленная задача решается тем, что в заявляемом способе в промежуток между пленкой прекурсора компонента В и штампом наносится расплав состава АХ - nX2, и выдерживается там до полной конверсии материала прекурсора компонента В с образованием пленки состава АВХ3, после чего избыток расплава АХ - nX2 удаляется растворителем или иным способом, где n≥1, А=CH3NH3+, (NH2)2CH+, C(NH2)3+, Cs+ или их смесь; В=Pb, Sn, Bi; Х=Cl, Br-, I- или их смесь. При этом поверхность штампа, либо подложка-носитель, на которую нанесен прекурсор компонента В, обладают заданным рельефом или текстурой (например, штрихи, щели, выступы), который определяет толщину и рельеф растущей пленки перовскита АВХ3.

Существенную роль в достижении поставленной задачи играет направленное движение границы раздела растущая пленка перовскита состава АВХ3 - расплав АХ - nX2. Мольный объем перовскита состава АВХ3 больше мольного объема прекурсора компонента В (например, металлического свинца или его сплавов), поэтому конверсия металлического свинца расплавом АХ - nX2 приводит к увеличению толщины пленки и движению границы раздела в направлении перпендикуляра к поверхности подложки-носителя. Рост зерен, которые достигли поверхности, продолжается в латеральном направлении, обеспечивая тем самым 100% сплошность образующейся пленки перовскита состава АВХ3.

Краткое описание чертежей

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен вид реакционной ячейки сбоку, где а, б, в - схема получения рельефной пленки перовскита с использованием рельефного штампа; г, д, е - схема получения пленки перосвкита с использованием рельефной подложки.

Позициями на фигурах обозначены:

1. Пленка прекурсора компонента В, где В=Sn, Pb, Bi;

2. Подложка-носитель;

3. а, б, в - Поверхность пластины штампа, содержащей рельеф; г, д, е - поверхность пластины штампа, не содержащей рельеф;

4. Устройство типа штамп для прижатия пластины;

5. Расплав состава АХ - nX2, где А=CH3NH3+, (NH2)2CH+, C(NH2)3+, Cs+; X=Cl, Br, I;

6. Пленка перовскита состава ABX3.

Осуществление изобретения

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами: на Фиг. 1 представлена реакционная ячейка (вид сбоку). Реакционная ячейка состоит из слоя-прекурсора компонента В (1, фиг. 1а), нанесенного на подложку-носитель (2, фиг. 1а), поверхность с требуемым рельефом (3, фиг. 1а) или без рельефа (3, фиг. 1г), устройства типа штамп (микроштамп), обеспечивающего прижатие перечисленных компонентов друг к другу (4, фиг. 1а).

Способ получения слоя материала со структурой перовскита с химической формулой АВХ3 в условиях пространственного ограничения роста заключается в том, что расплав АХ - nX2 (5) наносят на поверхность слоя прекурсора компонента В (1, фиг. 1а) или на рельефную поверхность штампа (3, фиг. 1а), или на рельефную поверхность подложки-носителя (2, фиг. 1г), с нанесенным на нее слоем прекурсора компонента В (1, фиг. 1г), которые затем приводят в соприкосновение друг с другом посредством применения внешнего давления (4, фиг. 1) и выдерживают так до полной конверсии прекурсора компонента В (1, фиг. 1б) в пленку перовскита состава АВХ3 (6, фиг. 1в), после чего избыток расплава АХ - nX2 удаляют растворителем (например, изопропанолом), где n≥1, А=CH3NH3+, (NH2)2CH+, C(NH2)3+, Cs+, B=Sn, Pb, Bi, Х=Br, I.

Пример 1. (а, б, в)

На пластинку стекла площадью 1 см2 с нанесенной термическим испарением пленкой металлического свинца толщиной 230 нм помещали 4 мкл расплава состава CH3NH3I:I2 (1:2, мольн.), который равномерно распределяли по поверхности. Через 1.5 минуты к этой поверхности с помощью зажимов прижимали гибкую дифракционную решетку из полиэтилентерефталата (1000 линий/мм). Процесс проводили при 20, 50 и 100°C. Через 20 минут избыток расплава, содержащий CH3NH3I и I2, удаляли путем промывания изопропанолом, после чего разбирали реакционную ячейку.

Пример 2 (а, б, в).

На пластинку стекла площадью 1 см2 с нанесенной пленкой перовскита CH3NH3PbI3 помещали 4 мкл расплава состава CH3NH3I:I2 (1:2, мольн.), который равномерно распределяли по поверхности. К этой поверхности с помощью зажимов прижимали гибкую дифракционную решетку из полиэтилентерефталата (1000 линий/мм). Процесс проводили при 20, 50 и 100°C. Через 20 минут избыток расплава, содержащий CH3NH3I и I2, удаляли путем промывания изопропанолом, после чего разбирали реакционную ячейку.

Пример 3. (г, д, е) На пластинку стекла 1 см2 со слоем TiO2, нанесенным золь-гель методом под штампом с рельефом, методом термического испарения наносили пленку металлического свинца толщиной 230 нм и помещали 4 мкл расплава состава CH3NH3I:I2 (1:2, в мольном соотношении), который равномерно распределяли по поверхности. Через 1.5 минуты к этой поверхности с помощью зажимов прижимали плоскую пластинку из стекла и выдерживали всю конструкцию в собранном состоянии в течение 20 минут. Процесс проводили при 20, 50 и 100°C. После этого избыток расплава, содержащий CH3NH3I и I2, удаляли путем промывания изопропанолом и разбирали реакционную ячейку.

1. Способ получения крупнозернистых пленок перовскита с химической формулой АВХ3, характеризующийся тем, что расплав АХ - nX2 наносят на поверхность прекурсора компонента В, равномерно распределяют расплав по этой поверхности и прижимают пластиной, содержащей рельеф, и выдерживают так до полной конверсии прекурсора компонента В в перовскит состава АВХ3, после чего избыток расплава АХ - nX2 удаляют растворителем, где n≥1, А=CH3NH3+, (NH2)2CH+, C(NH2)3+, Cs+, В=Sn, Pb, Bi, X=Cl, Br, I.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что расплав АХ - nX2 наносят на рельефную поверхность подложки-носителя, с нанесенным на нее слоем прекурсора компонента В и прижимают к этой поверхности штампом с заданным рельефом.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу получения эмиссионных слоев, находящих широкое применение в устройствах органических тонкопленочных транзисторов, органических солнечных батарей, органических светоизлучающих диодов.

Изобретение относится к новым соединениям комплексов лантанидов, а именно к разнолигандным фторзамещенным ароматическим карбоксилатам лантанидов, которые могут быть использованы в качестве люминесцентного материла в оптических приборах.

Изобретение относится к способу получения поперечносшитого полиазинового полимера, электрохимическому устройству, включающему поперечносшитый полиазиновый полимер, а также к полимеру.

Изобретение относится к прозрачной рассеивающей подложке для ОСД. Рассеивающая подложка включает следующие слои: прозрачная плоская подложка из неорганического стекла, имеющая показатель преломления от 1,45 до 1,65; слой, имеющий низкий коэффициент шероховатости и содержащий неорганические частицы; слой эмали, имеющий низкий коэффициент шероховатости и высокий показатель преломления, составляющий от 1,8 до 2,1.

Изобретение относится к прозрачной рассеивающей подложке для ОСД. Рассеивающая подложка включает следующие слои: прозрачная плоская подложка из неорганического стекла, имеющая показатель преломления от 1,45 до 1,65; шероховатый слой, имеющий низкий показатель преломления и содержащий неорганические частицы; выравнивающий слой из эмали, имеющий высокий показатель преломления, составляющий от 1,8 до 2,1.

Органический светоизлучающий диод (10) включает подложку (20), первый электрод (12), эмиссионный активный пакет (14) и второй электрод (18). По меньшей мере один из первого и второго электродов (12, 18) является светоиспускающим электродом (26), содержащим металлический слой (28).

Изобретение относится к прозрачной рассеивающей подложке для органических светодиодов, включающей следующие последовательные элементы или слои: (a) прозрачная плоская подложка (I), состоящая из неорганического стекла, у которого показатель преломления n1 составляет от 1,48 до 1,58, (b) монослой из неорганических частиц (3), прикрепленный к одной стороне подложки (1) посредством имеющего низкий показатель преломления неорганического связующего материала (2), у которого показатель преломления n2 составляет от 1,45 до 1,61, и (c) имеющий высокий показатель преломления слой (4), изготовленный из эмали, у которой показатель преломления n4 составляет от 1,82 до 2,10, и покрывающий монослой из неорганических частиц (3), причем неорганические частицы (3), у которых показатель преломления n3 составляет от n2+0,08 до n4-0,08, выступают из имеющего низкий показатель преломления неорганического связующего материала (2) таким образом, что они находятся в непосредственном контакте с имеющим высокий показатель преломления слоем (4), и в результате этого образуются первая рассеивающая поверхность раздела (Di1) между неорганическими частицами (3) и имеющим низкий показатель преломления связующим материалом (2) и вторая рассеивающая поверхность раздела (Di2) между неорганическими частицами (3) и имеющим высокий показатель преломления слоем (4).
Изобретение относится к способу получения органо-неорганического светопоглощающего материала со структурой перовскита, который может быть использован при изготовлении «перовскитных» солнечных ячеек.

Объектом настоящего изобретения является электропроводящая основа (100-300) для светодиода OLED, последовательно содержащая: стеклянную подложку (1), электрод, выполненный в виде металлической сетки (2) с нитями (20), электроизолирующий слой (41) вывода света под металлической сеткой (2), частично структурированный по толщине слой (3) с заданным составом с показателем преломления n3 от 1,7 до 2,3, который находится на слое вывода света, при этом частично структурированный слой образован: структурированной областью (31) с полостями, по меньшей мере частично содержащими металлическую сетку, другой областью, называемой нижней областью (30), на слое вывода света.

Изобретение относится к технологиям преобразования солнечной энергии в электрическую. Перовскитная солнечная ячейка представляет собой слоистую структуру, включающую, по меньшей мере, три слоя: два проводящих слоя - р-проводящий и n-проводящий, а также размещенный между ними светопоглощающий слой, при этом один из проводящих слоев выполнен пористым, а светопоглощающий слой имеет перовскитную структуру общей структурной формулой АВХ3, где в качестве А используют Cs+, или СН3МН3+, или (NH2)2CH+, в качестве В используют Pb2+ или Sn2+, в качестве X используют I-, или Br-, или Cl-.

Изобретение представляет панель OLED, терминал и способ управления светочувствительностью и относится к области технологии отображения. Панель OLED включает в себя: подложку матрицы, слой OLED, расположенный на подложке матрицы, матрицу светочувствительных устройств, расположенную в подложке матрицы, и схему управления, подсоединенную к матрице светочувствительных устройств. Согласно вариантам осуществления настоящего раскрытия, матрица светочувствительных устройств располагается в подложке матрицы панели OLED, передняя панель обычно делится на множество областей, так что функция камеры интегрируется в панель OLED, так что передняя панель терминала может иметь функцию отображения и функцию камеры одновременно, даже если она обеспечивается только с панелью OLED, таким образом улучшая полную согласованность и эстетику терминала. 3 н. и 6 з.п. ф-лы, 8 ил.

Использование: для получения пленок органо-неорганических соединений со структурой перовскита. Сущность изобретения заключается в том, что способ получения крупнозернистых пленок перовскита с химической формулой АВХ3 характеризуется тем, что расплав АХ - nX2 наносят на поверхность прекурсора компонента В, распределяют по этой поверхности пластиной, содержащей рельеф, и выдерживают так до полной конверсии прекурсора компонента В в перовскит состава АВХ3, после чего избыток расплава АХ - nX2 удаляют растворителем, где n≥1, АCH3NH3+, 2СН+, С3+, Cs+, ВSn, Pb, Bi, ХCl, Br, I. Технический результат - обеспечение возможности увеличения сплошности покрытия и укрупнения средних размеров зерен перовскита. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Наверх