[发明专利]一种钝化剂及其钝化方法和制备半导体薄膜的方法

说明书

本发明涉及一种钝化剂，包括为咪唑盐类离子液体、吡啶盐类离子液体、季铵盐类离子液体、季鏻盐类离子液体、吡咯烷盐类离子液体、哌啶盐类离子液体、功能化离子液体、二茂铁类有机物、金属酞菁化合物、金属乙酰丙酮化合物、有机金属、卤键化合物以及有机硼化物中的至少一种。本发明还公开一种使用该钝化剂制备半导体薄膜的方法。本发明将钝化剂沉积在半导体薄膜与其接触的界面材料之间，和/或加入到制备半导体薄膜的原材料中，为钝化剂与半导体薄膜材料提供了一个均匀稳定的反应环境，可在制备过程中控制半导体薄膜的晶体生长，极大地改善了半导体薄膜的稳定性。

技术领域

本发明属于半导体制备技术领域，特别涉及一种钝化剂及其钝化方法和制备半导体薄膜的方法。

背景技术

近年来，一种钙钛矿太阳能电池受到广泛关注。钙钛矿为ABX₃型的立方八面体结构，如图1所示，这种钙钛矿太阳能电池以有机金属卤化物为光吸收层。此种材料制备的薄膜太阳能电池工艺简便、生产成本低、稳定且转化率高。自2009年至今，光电转换效率从3.8%提升至22%以上，已高于现有的商业化的晶硅太阳能电池且具有较大的成本优势。

与其他传统太阳能电池相比，钙钛矿太阳能电池更容易受到水分、氧气、温度、光照等因素的影响，而且钙钛矿太阳能电池在光照下容易产生离子迁移现象，特别是卤素离子的迁移，此现象导致电池的磁滞效应以及器件性能的恶化。其中，钙钛矿活性层表面、传输层表面、以及钙钛矿晶界恰恰是最容易发生降解或发生离子迁移等不良现象的地方。

钙钛矿太阳能电池的不稳定性主要来源于钙钛矿材料内部的离子迁移、界面不匹配诱导的离子迁移，以及金属电极扩散后与钙钛矿中的迁移离子反应造成的钙钛矿材料的退化。因此抑制钙钛矿材料内部以及钙钛矿材料与其界面层之间的表面的离子迁移成为提高钙钛矿材料稳定性的一个关键的手段。

如图1所示，钙钛矿材料本质上是一个有机无机混合的离子晶体，包括了有机阳离子A、金属阳离子B和卤素阴离子X，要抑制离子移动，并不能简单地只抑制某一种离子，而需要对这三种离子的移动同时进行抑制。

在上述三种离子移动的过程中，有机阳离子A拥有给出一个质子的能力，因此可以看作是路易斯酸，金属阳离子B也有类似能力，也是路易斯酸，而卤素离子X则在这一体系中作为路易斯碱对待。有机阳离子A或金属阳离子B给出质子，亦或卤素离子X给出电子的过程就是离子迁移的开端，因此为了抑制离子迁移，就必须阻碍钙钛矿材料内三种离子之间给出质子或电子的过程。

另一方面，除了在钙钛矿材料内部这种潜在的离子移动的风险，当钙钛矿材料的表面同其它材料形成界面时，界面材料也有可能催化上述过程。尤其当界面材料具有碱性中心时（比如无机金属氧化物，如ZnO，NiO等），其暴露的碱性中心会加速钙钛矿的酸性基团（如A基团）给出质子的过程，从而诱导离子迁移。

从上述角度来看，抑制离子迁移就必须平衡钙钛矿材料内以及钙钛矿材料与其界面环境中的酸碱体系，我们称之为钝化平衡过程。要实现这一过程就必须在：1）钙钛矿材料内，和/或2）钙钛矿界面引入一个恰当的平衡的酸碱体系。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种钝化剂其钝化方法和制备半导体薄膜的方法，对半导体薄膜进行进一步后处理，在制备半导体薄膜之后通过溶液后处理或化学气相沉积后处理或真空蒸镀后处理的方法向半导体薄膜中添加一些钝化剂，沉积在半导体薄膜与其接触的界面材料之间。

为了实现这一目的，我们寻找了一系列同时具备路易斯酸特性和路易斯碱特性的材料，把他们作为钝化材料，把其加入到钙钛矿材料中和/或沉积在钙钛矿材料与其界面材料之间，极大地改善了制备后的钙钛矿太阳能电池的稳定性。