[发明专利]烧结的器件

说明书

技术领域

本发明一般涉及包含烧结的纳米颗粒的无机膜的电子器件(如太阳能电池)。本发明还涉及用于在基底上制备这种无机膜的方法、用于制造这种电子器件的方法。

背景技术

大量电子器件包含在器件中提供电活性的无机膜。作为一个例子，无机太阳能电池包含电荷接收材料和电荷传输材料的活性无机材料膜。

电子器件(如太阳能电池和发光二极管)通常通过在基底上真空沉积活性无机材料来制造。真空沉积涉及在低于大气压力下将颗粒的层沉积到基底上。

另一种用于将颗粒沉积到基底上的方法涉及通常称为溶液处理或溶液沉积的技术。通过将无机颗粒溶液沉积到基底上来制造器件涉及将纳米颗粒(或“纳米晶体”)的单层沉积到基底上以在基底上制备这种材料的单层(或膜)。相同工艺可以用于沉积第二材料的单层以在基底上制备双层膜。然后，对整个基底进行化学处理和热退火以诱导晶体生长(或“晶粒生长”)。这种单层沉积方法的缺点是在化学处理和热退火处理期间裂纹和针孔的形成。在电子器件的情况下，裂纹和针孔的存在可以使得两个电极直接接触并且产生短路。因此，得到了较低品质的器件。

出现裂缝和针孔的这个问题是由于在配体交换期间或在晶粒生长期间膜的收缩而在膜内产生的应力。应力诱导纳米晶体膜改变的效应是在需要化学处理和热处理的情况下纳米晶体的单层沉积的主要限制之一。

此外，溶液处理通常产生比那些通过真空沉积法而可获得的器件更薄的器件。更薄的器件趋于吸收较少的光，这对于太阳能电池是特别显著的缺点。

因此，难以使用单层沉积制备足够厚的纳米颗粒膜，并且如果可以获得足够厚的膜，则应力诱导的裂纹(stress induced crack)和针孔(pinhole)限制包括该膜的器件的效用。因此，本发明的一个目的是解决这些问题中的一些问题。

发明内容

与其它基于溶液的方法相比，本发明的方法使得能够制备具有较少缺陷的无机膜。该膜也可以呈现出较高的电荷迁移率。

根据第一实施方案，提供了一种用于在基底上制备无机膜的方法，该方法包括：

(a)通过使基底与纳米颗粒分散体接触来在基底上沉积纳米颗粒层；

(b)对所沉积的纳米颗粒层进行处理以防止在后续的层沉积步骤中纳米颗粒脱落；

(c)在基底上的前述纳米颗粒层上沉积另一纳米颗粒层；

(d)至少又一次重复处理步骤(b)和沉积步骤(c)；以及

(e)任选地，对采用步骤(a)至步骤(d)制备的多层膜进行热退火；

其中该方法包括其中对一个或多个纳米颗粒层进行热退火的至少一个热退火步骤。

在另一实施方案中，还提供了一种用于在基底上制备无机膜的方法，该方法包括：

(a)通过使基底与纳米颗粒分散体接触来在基底上沉积纳米颗粒层；

(b)对所沉积的纳米颗粒层进行处理以防止在后续的层沉积步骤中纳米颗粒脱落；

(c)在基底上的前述纳米颗粒层上沉积另一纳米颗粒层；以及

(d)至少再一次重复处理步骤(b)和沉积步骤(c)；

其中该方法包括其中对一个或更多个纳米颗粒层进行热退火的至少一个热退火步骤。

在一个实施方案中，对采用步骤(a)至步骤(d)制备的多层膜进行热处理。

还提供了一种通过上述方法制备的无机膜。本发明还提供了一种可通过上述方法获得的无机膜。

热退火步骤在膜的相邻层中的颗粒之间产生结晶体。因此，根据本发明的第二实施方案提供了一种电子器件，包括：

-阳极；

-阴极；以及

-至少一个无机材料多层膜，其中无机材料多层膜包含在膜的相邻层中的颗粒之间的结晶体。

根据第三实施方案，提供了一种太阳能电池，包括：

-阳极；

-阴极；以及

-位于阳极和阴极之间的活性材料膜；

其中活性材料膜包括无机材料多层膜，并且无机材料多层膜包含在该膜的相邻层中的颗粒之间的结晶体。

活性材料膜可以包括电荷接收膜和电荷传输膜，因此，在第四实施方案中太阳能电池包括：

-阳极；

-阴极；以及

-位于阳极和阴极之间的电荷接收膜和电荷传输膜；

其中电荷接收膜和电荷传输膜中的至少一个膜是无机材料多层膜，其中无机材料多层膜包含该膜的相邻层中的颗粒之间的结晶体。