京都大開發新成膜技術,實現高品質鈣鈦礦薄膜製作

 

刊登日期:2025/11/13
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京都大學開發了一項可製作出高品質錫(Sn)鈣鈦礦半導體薄膜的塗佈成膜法,此方法具有高泛用性,並可應用於大面積基板的塗佈。由於鈣鈦礦太陽電池可透過塗佈製程製作,因此被視為次世代太陽電池的有力候選。而從環境負荷的角度而言,無鉛(Pb-free)材料中的「錫鈣鈦礦」備受矚目。但Sn系材料的光電轉換效率低於Pb系,且製作出的電池面積通常小於1 cm²。
 
造成此一差異的原因之一在於結晶化機制的不同。一般Pb鈣鈦礦薄膜製造係於旋轉塗佈過程中滴加「反溶劑(Antisolvent)」,使其經由與溶劑形成錯合物的中間相而結晶化。而Sn鈣鈦礦則是從前驅體溶液直接結晶化,因此若要形成無針孔的Sn鈣鈦礦薄膜即須對反溶劑進行複雜條件最佳化,且容易受到基板潤濕性的影響。
 
針對這些問題,京都大學開發出「利用結晶成長控制劑之真空乾燥法(V-CGR 法)」。具體而言係於前驅體溶液中添加對Sn離子具有強鍵合作用的咪唑類(Imidazole)衍生物作為結晶成長劑,並透過真空乾燥去除溶劑,促使Sn鈣鈦礦薄膜經由非晶質中間相生成。
 
研究顯示,形成的中間膜為SnI₂錯合物包覆Sn鈣鈦礦微結晶的平坦非晶質固體。經過加熱處理後,咪唑衍生物脫離並揮發,最終得到均勻的Sn鈣鈦礦薄膜。相較既有手法,此次開發的成膜方法不易受到基板潤濕性的影響,因此即使在高疏水性的單分子膜材料(如MeO-2PACz或2PACz),仍可成功形成Sn鈣鈦礦半導體膜。此外,新方法避免使用具氧化性的溶劑二甲基亞碸(DMSO),進一步提升了Sn鈣鈦礦太陽電池的熱穩定性。京都大學也製作出大面積Sn鈣鈦礦薄膜,成功實現面積達21.6 cm²的七片串聯模組。

資料來源: https://eetimes.itmedia.co.jp/ee/articles/2509/29/news048.html
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