[发明专利]一种钙钛矿多晶薄膜的横向区域熔化再结晶的装置

说明书

本发明公开了一种有机‑无机金属卤化物钙钛矿的多晶薄膜材料的再结晶的装置，特别是涉及横向区域熔化再结晶，其有利于减少晶畴之间的空隙，消除晶畴间的界面和增大晶畴。装置中包含光辐射二极管(LED)或者激光二极管(LD)的辐射源、聚焦单元和直线导入装置。本发明适用于光伏薄膜、LED显示器发光薄膜、图象探测器薄膜和x光图象探测器薄膜等需要较大面积的钙钛矿准单晶或者较大晶畴的多晶薄膜的需要。

技术领域：

本发明涉及光伏多晶薄膜的制造，涉及半导体光源用于材料的热处理，也涉及钙钛矿半导体光伏材料。

背景技术：

基于溶液结晶生长法制备的有机-无机的金属卤化物钙钛矿的多晶薄膜太阳能电池在最近十年中获得了迅速的进展，但是在其能取代晶体硅片的太阳能电池之前，尚有一些严重的问题需要解决，如稳定性问题和回扫问题。问题的根源之一在于，目前的制备方法所得的金属卤化物钙钛矿多晶薄膜的晶畴偏小，其大小与工艺的各种参数和过程相关，一般都是在微米之下；各晶畴之间还存在大量的空隙，晶畴之中又存在亚晶界，晶畴的界面还存在众多的空位、悬挂键、位错等缺陷和杂质；界面和亚界面上本属于钙钛矿晶格中的有机阳离子在老化过程中也易于移出易位；晶畴的尺寸也限制了载流子的扩散长度只限于微米的量级，这与器件所需要的数百微米的数量级有着很大的差距。

在历史上，对于非晶硅和多晶硅薄膜材料，也存在类似的晶畴问题。从1980年代开始发展起来一种横向的区域熔化再结晶技术(ZMR)，用于制备是二氧化硅层上的晶体硅薄膜(SOI)。其对于硅基上的二氧化硅薄层上的非晶硅或多晶硅薄膜进行横向的区域熔化，取决于是否具备籽晶，重新结晶出单晶硅薄膜、准单晶硅薄膜或者多晶硅薄膜。1983年的专利号为4371421的美国专利《Lateral epitaxial growth by seeded solidification》，1995年的专利号为5453153的美国专利《Zone-melting recrystallization process》，2011年的专利号为CN200980108990.8的中国专利《用于无机膜材的区域熔化再结晶过程》描述了各自使用的横向的区域熔化再结晶的技术和装置，但是都仅限于硅基的半导体薄膜。

2019年的申请号为201911333356.6的中国发明专利申请《一种钙钛矿薄膜的横向区域熔化再结晶的装置和方法》描述了有机-无机的金属卤化物钙钛矿的多晶薄膜的横向的区域熔化再结晶技术和装置。其将重熔所需的高温仅限制于横向生长推进的液固界面附近，避免了高温对整片薄膜的过长时间的影响，同时又具有类似晶体外延生长的液固界面温度梯度推进精准可控模式。针对多元素的多晶薄膜中的组分元素或者前驱体在同一温度下的蒸汽压相差甚远，导致蒸汽压数值高的元素或者前驱体易于成为逸出相而失留于晶格的问题，采用了在重熔结晶的环境气氛中补充前驱体蒸汽的办法。在该装置的实例中，多晶薄膜样品位于容器内的固定的加热平台，辐射的聚焦区域的横向推进是通过容器外面的扫描机构实现。此装置中有如下的缺点和不足：

需要在容器的顶部安置大面积的有苛刻光学质量要求的透明玻璃或者石英玻璃；需要有较长的辐射源的聚焦长度，也就要求发光器件具有小的发散角，这就难以采用光辐射二极管(LED)作为辐射源的光源。但是由于LED的电光能量转换率高于半导体激光器(LD)，价格成本更有优势，若能采用短的聚焦长度，满足辐射聚焦要求，LED作为辐射源是一优选。

发明内容：

本发明的目的在于为了克服上述现有技术所存在的缺点或不足，而提供的一种多晶薄膜的横向区域熔化再结晶的装置。

为了实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种钙钛矿多晶薄膜的横向区域熔化再结晶的装置，包含容器、辐射源和加热平台，固定于容器上的辐射源产生的条形辐射聚焦于容器之内的加热平台上的薄膜样品，容器与加热平台之间由直线导入装置联结以推拉加热平台，横向区域熔化再结晶的装置还包括与容器气路相通的前驱体发生器和前驱体气体传感器。