[发明专利]BaZrS3

说明书

本发明属于材料技术领域，提供了一种BaZrS₃薄膜的制备方法，包括如下步骤：步骤S1、以BaZrO₃作为反应材料，对其进行硫化处理制成靶材；步骤S2、利用步骤S1获得的靶材进行镀膜处理；步骤S3、对步骤S2获得的产物进行二次硫化处理。本发明首次提出了制备BaZrS₃薄膜的制备方法，以BaZrO₃作为反应材料，通过硫化处理，镀膜处理以及二次硫化处理，获得的BaZrS₃无机不含铅硫属钙钛矿材料。该材料具有优良的可见光吸收能力，在太阳能电池领域具有较大的应用前景。

技术领域

本发明属于材料技术领域，特别涉及BaZrS₃薄膜及其制备方法及其应用。

背景技术

目前，太阳能电池按光吸收层材料分类来说的话，可以分为三类太阳能电池。第一类是硅基太阳能电池，这类电池技术成熟，光电转换效率较高，也是目前市场上已经实现商业化应用的的一类电池。第二类是多元化合物薄膜太阳能电池，主要包括GaAs，InP，铜铟镓硒CIGS，碲化镉CdTe太阳能电池等，这类电池的转换效率较高，器件性能稳定，电池吸光层厚度较薄，可以大幅减少原材料消耗，是业界比较看好的薄膜型太阳能电池，但是这类电池使用的材料部分元素有毒性或者储量稀少，限制了大面积的推广使用。第三类新型太阳能电池，主要包括钙钛矿太阳能电池，染料敏化太阳能电池，有机太阳能电池，量子点太阳能电池等。其中，钙钛矿太阳能电池是一种由人工合成的新型薄膜太阳能电池，具有廉价、柔韧性、重量轻等特点。和硅材料相同，钙钛矿属于半导体，但具有更为优异的吸光性，其特质被光伏行业“降本增效”寄于厚望。最近这几年新型的钙钛矿太阳能电池迅速受到世界瞩目，因其在很短的时间内能量转换效率增加至22.1％(2016年)，这是其他太阳能电池不曾出现的增长速度。

目前的钙钛矿太阳能电池的材料很大一部分是有机无机杂化钙钛矿太阳能电池，抑或是含铅钙钛矿太阳能电池材料。但是基于钙钛矿材料的太阳能电池商品化仍面临着两个需要有效解决的障碍。一是材料在受热、潮湿等环境下易分解歧变，本质上可归因于材料本身的热力学稳定性差。虽然其稳定性差的内在机制尚不明确，有机小分子的存在很可能起了很大作用；二是材料含Pb带来的毒性问题。直接的解决方案是用无毒的同主族元素(如Sn²⁺)替换Pb²⁺，但材料由于Sn²⁺易被氧化为Sn⁴⁺，性能明显下降；将Pb²⁺替换为其他大小相当的+2价阳离子(如Ba²⁺)，因显著增大带隙而不适合光伏应用。因而急需寻找一种具有优良可见光吸收能力，且不含铅、性能稳定的无机钙钛矿材料。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种BaZrS₃薄膜的制备方法，所制备的BaZrS₃薄膜具有优良的可见光吸收能力，可应用于太阳能电池器件吸收层材料。

第一方面，本发明提供的BaZrS₃薄膜的制备方法，包括如下步骤：

步骤S1、以BaZrO₃作为反应材料，对其进行硫化处理制成靶材；

步骤S2、利用步骤S1获得的靶材进行镀膜处理；

步骤S3、对步骤S2获得的产物进行二次硫化处理。

可选地，所述硫化处理采用硫化处理装置，所述硫化处理装置包括氩气管道、冷肼和化学气相沉积炉，所述氩气管道通过第一管道与所述冷肼和所述化学气相沉积炉串接连通，所述氩气管道通过第二管道与所述化学气相沉积炉串接连通，所述第一管道中设有第一气阀，所述第二管道中设有第二气阀。

可选地，所述步骤S1中，所述硫化处理的具体步骤如下：