基于能级可调氧化镍空穴传输层的太阳能电池及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于能级可调氧化镍空穴传输层的太阳能电池及制备方法，钙钛矿太阳能电池从下至上依次为透明导电玻璃、空穴传输层、界面功能钝化层、钙钛矿吸收层、电子传输层、界面修饰层和电极；空穴传输层为直径为2

【技术实现步骤摘要】
基于能级可调氧化镍空穴传输层的太阳能电池及制备方法


[0001]本专利技术涉及钙钛矿电池
，具体涉及一种基于能级可调氧化镍空穴传输层的太阳能电池及制备方法。

技术介绍

[0002]钙钛矿太阳能电池(PSCs)由于易制造、具有优异的功率转换效率(PCE)和低成本生产，等优点近年来备受关注。通过认证的PCE从最初的3.8％增加25.2％，这主要得益于材料创新、新型薄膜沉积工艺和器件结构设计。钙钛矿的双极性半导体光学特性使得设计不同的器件结构成为可能。其中，平面倒置器件因其低温溶液处理和更简单的器件结构而受到广泛关注，具有成为商业化光伏器件的潜力。
[0003]氧化镍(NiOx)因其具有成本低、带隙大、可见光波段透过率高、价带边深，能很好地匹配不同钙钛矿材料的能级等优点成为最适合用于平面倒置器件的空穴传输层(HTL)，然而，与聚[双(4
‑
苯基)(2,4,6
‑
三甲基苯基)胺](PTAA)器件相比，基于NiOx的器件的PCE较低。导致NiOx性能不佳的关键因素是，能量偏移较大，界面存在缺陷，这些不良特性导致NiOx/PSC界面处出现非辐射复合，降低了器件性能。因此找到合适的方法来降低NiOx/PSC界面的能级偏移以及钝化界面缺陷至关重要。此外，传统的方法利用氢氧化钠调节pH来合成氧化镍纳米颗粒要固定pH值为10才能合成出比较理想的氧化镍纳米颗粒，较难控制且合成的纳米颗粒较难分散，从低温溶液过程中制备高效的高分散性且pH范围可调的氧化镍纳米颗粒空穴传输层也是一个巨大的挑战。<br/>
技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种基于能级可调氧化镍空穴传输层的太阳能电池及制备方法，具体是指一种基于高分散性的且能级可调的氧化镍纳米颗粒空穴传输层及钙钛矿太阳能电池的制备方法。
[0005]为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：
[0006]第一方面，本专利技术提供一种基于能级可调氧化镍空穴传输层的太阳能电池，其特征在于：所述钙钛矿太阳能电池，从下至上依次为透明导电玻璃、空穴传输层、界面功能钝化层、钙钛矿吸收层、电子传输层、界面修饰层和电极；
[0007]所述空穴传输层为直径为2
‑
5nm的氧化镍纳米颗粒分散液，具备高分散性、合成pH范围较宽且能级可调的特性。
[0008]第二方面，本专利技术提供一种基于能级可调氧化镍空穴传输层的太阳能电池的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
[0009]S1：将ITO玻璃清洗，吹干，制得ITO玻璃衬底；
[0010]S2：制备氧化镍纳米颗粒空穴传输层：制备4种氧化镍纳米颗粒空穴传输层分别由4种有机碱调节六水硝酸镍溶液的pH值；
[0011]S3：在氧化镍空穴传输层上制备界面功能钝化层；
[0012]S4：在界面功能钝化层上制备钙钛矿吸收层，即制备得到钙钛矿薄膜；
[0013]S5：在钙钛矿层上制备电子传输层；
[0014]S6：在电子传输层上制备界面修饰层；
[0015]S7：在界面修饰层上制备金属电极从而获得太阳能电池。
[0016]作为优选方案，所述步骤S2中制备氧化镍纳米颗粒空穴传输层，先制备氧化镍纳米颗粒分散液：
[0017]将适量六水硝酸镍溶解于去离子水中，制的深绿色前驱体溶液4份；然后分别用4种有机碱调节前驱体溶液的pH值，4种有机碱与硝酸镍的摩尔比为1～5；所得前驱体溶液经陈化、离心、洗涤、干燥、烧结后收获深黑色粉末，将所得4种氧化镍纳米颗粒分散到去离子水与异丙醇的混合液中制得4种氧化镍纳米颗粒分散液；将制备得到的氧化镍纳米颗粒分散液涂布在ITO玻璃衬底上，制得4种氧化镍空穴传输层。
[0018]进一步地，所述步骤S2中，将40～50mmol六水硝酸镍溶解于100mL去离子水中；制的深绿色前驱体溶液4等份，然后以质量百分比计，分别用25％的4甲基氢氧化铵水溶液、25％的4乙基氢氧化铵水溶液、25％的4丙基氢氧化铵水溶液和25％的4丁基氢氧化铵水溶液来调节前驱体溶液的PH值，将所得前驱体溶液陈化12小时，离心，用去离子水洗涤5次，将所得产物真空干燥、烧结，将烧结后所得氧化镍纳米颗粒以5～10mg/mL浓度分散到去离子水与异丙醇体积比4：1，分的混合液中制得氧化镍纳米颗粒分散液；
[0019]所述前驱体溶液的离心速度为5000～7000rmp/s，离心时间为5～10min；真空干燥温度为80～100℃，干燥时间为10～24h；干燥产物在200～400℃下烧结30～120min。
[0020]更进一步地，所述步骤S2中，通过旋涂法将氧化镍纳米颗粒分散液涂布在ITO基底上，并在加热板上100～200℃范围内退火处理10～30min；旋涂转速为2000～4000rmp/s,旋涂时间为30～60s；
[0021]所述步骤S3中，将PTAA、PFN或F4TCNQ溶解于甲苯或异丙醇溶液中，制备浓度为0.5～1.5mg/mL的界面功能钝化层溶液，将溶液通过旋涂法旋涂在钙钛矿吸收层上，制得界面功能钝化层，旋涂速度为5000～7000rmp/s，旋涂时间为30～60s；
[0022]所述步骤S4中，钙钛矿吸收层材料为APbX3钙钛矿晶体，A＝Cs
+
，甲基铵(MA
+
)或甲醚胺(FA
+
)；X＝I
‑
或Br
‑
。
[0023]更进一步地，所述步骤S5中，将PCBM溶解于氯苯溶液中，制备浓度为20～30mg/mL的PCBM氯苯溶液，将PCBM氯苯溶液通过旋涂法旋涂在钙钛矿吸收层上，制得电子传输层，旋涂速度为3000～5000rmp/s，旋涂时间为30～60s。
[0024]更进一步地，所述步骤S6中，将BCP溶解于异丙醇中，制备浓度为0.5～1mg/mL的BCP异丙醇溶液，将BCP异丙醇溶液通过旋涂法旋涂在钙钛矿吸收层上，制得界面修饰层，旋涂速度为5000～6000rmp/s，旋涂时间为30～60s。
[0025]更进一步地，所述步骤S7中，电极选用Ag或Al材料，电极厚度为100～200nm。
[0026]第三方面，本专利技术提供一种搭载上述基于能级可调氧化镍空穴传输层的太阳能电池在制备太阳能装置中的应用。
[0027]本专利技术具有以下优点和有益效果：
[0028]本专利技术提供的反式铅基钙钛矿太能电池包括，透明导电衬底、空穴传输层界面功能修饰层、钙钛矿吸收层、电子传输层、界面修饰层、电极。对比传统的较难控制的用氢氧化
钠来调节固定的pH值(PH＝10)合成氧化镍纳米颗粒的方法，所述氧化镍纳米颗粒空穴传输层是利用4种有机碱分别是25％的4甲基氢氧化铵水溶液、4乙基氢氧化铵水溶液、4丙基氢氧化铵水溶液和4丁基氢氧化铵水溶液来调节前驱体溶液的PH值来合成，可以在柔和且较宽的pH范围内稳定的合成且分散性较好，适用于大规模的应用。最重要的是，利用4种不同的有几碱合成的氧化镍纳米颗粒可以本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于能级可调氧化镍空穴传输层的太阳能电池，其特征在于：所述钙钛矿太阳能电池，从下至上依次为透明导电玻璃、空穴传输层、界面功能钝化层、钙钛矿吸收层、电子传输层、界面修饰层和电极；所述空穴传输层为直径为2
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5nm的氧化镍纳米颗粒分散液，具备高分散性、合成pH范围较宽且能级可调的特性。2.一种制备如权利要求1所述的基于能级可调氧化镍空穴传输层的太阳能电池的方法，其特征在于：包括如下步骤：S1：将ITO玻璃清洗，吹干，制得ITO玻璃衬底；S2：制备氧化镍纳米颗粒空穴传输层：制备4种氧化镍纳米颗粒空穴传输层分别由4种有机碱调节六水硝酸镍溶液的pH值；S3：在氧化镍空穴传输层上制备界面功能钝化层；S4：在界面功能钝化层上制备钙钛矿吸收层，即制备得到钙钛矿薄膜；S5：在钙钛矿层上制备电子传输层；S6：在电子传输层上制备界面修饰层；S7：在界面修饰层上制备金属电极从而获得太阳能电池。3.根据权利要求2所述的基于能级可调氧化镍空穴传输层的太阳能电池制备方法，其特征在于：所述步骤S2中制备氧化镍纳米颗粒空穴传输层，先制备氧化镍纳米颗粒分散液：将适量六水硝酸镍溶解于去离子水中，制的深绿色前驱体溶液4份；然后分别用4种有机碱调节前驱体溶液的pH值，4种有机碱与硝酸镍的摩尔比为1～5；所得前驱体溶液经陈化、离心、洗涤、干燥、烧结后收获深黑色粉末，将所得4种氧化镍纳米颗粒分散到去离子水与异丙醇的混合液中制得4种氧化镍纳米颗粒分散液；将制备得到的氧化镍纳米颗粒分散液涂布在ITO玻璃衬底上，制得4种氧化镍空穴传输层。4.根据权利要求3所述的基于能级可调氧化镍空穴传输层的太阳能电池制备方法，其特征在于：所述步骤S2中，将40～50mmol六水硝酸镍溶解于100mL去离子水中；制的深绿色前驱体溶液4等份，然后以质量百分比计，分别用25％的4甲基氢氧化铵水溶液、25％的4乙基氢氧化铵水溶液、25％的4丙基氢氧化铵水溶液和25％的4丁基氢氧化铵水溶液来调节前驱体溶液的PH值，将所得前驱体溶液陈化12小时，离心，用去离子水洗涤5次，将所得产物真空干燥、烧结，将烧结后所得氧化镍纳米颗粒以5～10mg/mL浓度分散到去离子水与异丙醇体积比4：1，分的混合液中制得氧化镍纳米颗粒分散...

【专利技术属性】
技术研发人员：台启东，崔霞霞，金俊君，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：