[发明专利]用于制造具有钙钛矿材料的层的方法和具有这种层的设备

说明书

本方法用于制造电光和/或光电层。在该方法中具有组成ABX₃的钙钛矿材料的层（100）借助冷气喷涂至少一种具有所述钙钛矿材料的起始材料来形成。X在此由至少一种卤素或多种卤素的混合物形成。在用于制造具有至少一个电光或光电层的电光或光电设备的方法中，所述至少一个电光或光电层借助前述方法形成。该设备特别是电光或光电设备、理想地是能量转换器和/或太阳能电池或发光二极管或X射线探测器。该设备具有这样的电光层。

技术领域

本发明涉及一种用于制造具有钙钛矿材料的层的方法，一种用于制造电光和/或光电设备的方法，以及一种具有包含钙钛矿材料的层的设备，尤其是电光和/或光电设备。

背景技术

多年来，钙钛矿材料、诸如CH₃NH₃PbI₃，由于它们的光电特性而越来越重要。特别地，钙钛矿材料作为高效率的、电光或光电半导体材料已经受到关注，因为钙钛矿允许电能有效地转换成电磁辐射能以及电磁辐射能转换成电能。特别地，在太阳能电池中使用钙钛矿材料导致效率提高到先前标准的两倍以上。

在高效半导体部件中，通常需要电光半导体材料层。已知许多方法用于钙钛矿材料的层制造：

这些方法例如包括：OSPD（OSPD=英文：“one-step precursor deposition，一步前体沉积”）方法，双源共蒸发，SDM（SDM=英文：“sequential deposition method，顺序沉积方法”）方法，VASP（VASP=英文：“vapor-assisted solution process，蒸气辅助溶液工艺”）方法，相互扩散方法以及溶液喷涂方法。

尽管钙钛矿材料的所提到的大有希望的特性，但迄今为止还不存在其在光电子部件中的大面积使用。迄今为止只能在实验室条件下和在合适的环境氛围下制造具有钙钛矿材料的高效部件。特别地，钙钛矿材料目前在环境空气的影响下不具有足够的长期稳定性：例如，水分子破坏了钙钛矿材料的晶格结构。

此外，较大面积的制造或较大厚度的层的制造仍然是耗费和昂贵的。

发明内容

因此，本发明的目的是实现一种用于制造具有钙钛矿材料的层的改进方法，该方法简单且成本适宜并且提供具有改善的长期稳定性的材料。此外，本发明的目的是实现一种用于制造电光和/或光电设备的改进方法以及一种具有含钙钛矿材料的层的设备，特别是电光或光电设备，该设备可以成本适宜地实现并且优选能够实现长期稳定性。

所述目的通过一种具有在权利要求1中说明的特征的用于制造具有钙钛矿材料的电光和/或光电层的方法，一种具有在权利要求10中说明的特征的用于制造电光和/或光电设备的方法，以及一种具有在权利要求13中说明的特征的设备来实现。本发明的优选改进方案在所属的从属权利要求，以下描述和附图中说明。

在用于制造电光和/或光电层的根据本发明的方法中，具有组成ABX₃的钙钛矿材料的层借助冷气喷涂至少一种具有钙钛矿材料的起始材料来形成。在此，X是至少一种卤素或多种卤素的混合物。在本申请的范围内，术语“钙钛矿材料”理解为具有ABX₃形式的钙钛矿晶体结构的材料。在此，A位置由阳离子或不同阳离子的混合物占据，B位置由金属或半金属阳离子或不同阳离子的混合物占据，并且X位置如上已经描述的那样由卤素或不同卤素的混合物占据。这还包括以下材料，其化学计量与A：B：X = 1：1：3略微不同，即与分别说明的份额分别相差至多0.05。

在根据本发明的方法中，具有钙钛矿材料的起始材料作为粉末存在，该粉末通过该方法适宜地在室温下转化成层。在此，钙钛矿材料与冷气流形成气溶胶。在此，气体温度优选为至多200摄氏度，优选至多70摄氏度，理想地至多40摄氏度。借助气溶胶将具有钙钛矿材料的起始材料流到衬底上，其中材料聚集成连续层。

有利地，在根据本发明的方法中，气溶胶由于压差而被驱动通过喷嘴并在此被加速。