化学浴沉积钙钛矿太阳能电池空穴传输层及其制备方法技术

本发明专利技术属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种化学浴沉积钙钛矿太阳能电池空穴传输层及其制备方法。制备为：通过在含镍化学浴溶液中引入铵根离子，促使溶液中形成络合物，使镍离子在化学浴沉积的过程中，发生中间态过渡反应，使NiO

【技术实现步骤摘要】
化学浴沉积钙钛矿太阳能电池空穴传输层及其制备方法


[0001]本专利技术属于太阳能电池
，具体涉及一种化学浴沉积钙钛矿太阳能电池空穴传输层及其制备方法。

技术介绍

[0002]钙钛矿太阳能电池由于其低成本、易制备、优异的光学性能，其光电转换效率在10年间已从3.8％上升到25.7％(认证效率)，其发展潜力远超单晶硅太阳能电池。迄今为止，大多数高效率的钙钛矿太阳能电池都是通过所谓的传统配置实现的，即钙钛矿吸光层沉积在电子传输层的顶部，然后是空穴传输层形成n
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i
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p型器件。通过对器件的J
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V伏安特性曲线、MPP等测试数据的分析表明，钙钛矿吸光层附近的载流子传输层在提升器件长期工作稳定性和性能可靠性方面发挥了关键作用。比如：Spiro
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OMeTAD一般被用作n
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p型器件的空穴传输层材料，由于其自身热稳定性差，导致器件工作稳定差和迟滞现象明显。因此，化学性质稳定的空穴传输层材料与钙钛矿吸光层形成欧姆接触，对于抑制界面上发生的寄生离子反应至关重要。为了解决这些问题，p
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i
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n型器件由于制备成本低和无迟滞而备受关注。
[0003]目前，对于p
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n型器件，HTL材料主要为PEDOT:PSS、PTAA、铜系化合物(CuO，CuO2，CuSCN，CuI)、NiO
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和其他金属氧化物(V2O5，MoO
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)。在这些材料中，NiOx由于具有与钙钛矿材料合适的能级匹配、较宽的带隙、高空穴迁移率以及较低的电极极化限制，这些表明了NiO
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作为PSCs的空穴传输层方面具有巨大的潜力。于是原子层沉积法、磁控溅射法、溶液旋涂法等各种合成方法被用于制备NiO
x
薄膜。其中，溶液旋涂法是最常用的制备高效率的NiOx基钙钛矿太阳能电池的方法。然而，通过对溶液法制备载流子传输层薄膜的研究中，发现旋涂法制备薄膜的过程中对环境条件非常敏感。若沉积NiO
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的环境条件比较苛刻，将会导致薄膜形貌较差、光学模糊以及不可再现性。值得注意的是，在不同的旋涂速率下，基于溶液旋涂法的可铺展性显著地受到基底表面形貌的影响，将会导致薄膜上出现针孔和裂纹，进一步影响空穴的提取和电子的阻挡能力。当这些空穴传输层材料和钙钛矿吸光层接触时，这些表面缺陷导致价带边缘出现局部缺陷，导致界面处漏电流和载流子复合，影响器件性能。最近，基于CBD的技术被用来解决这些问题，它可以覆盖整个基底，同时促进了载流子的提取效率和抑制载流子复合。CBD是一种直接且具有成本效益的方法，可以在工业规模上得到有效利用。然而，在化学浴沉积氧化镍的过程中，NiO
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的中间体——Ni(OH)2极易在碱性溶液中生长、团聚、沉淀，从而产生均匀性差、覆盖性差的薄膜。目前，通过化学浴制备的NiO
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薄膜主要是制备介孔NiO
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，并且需要加入氧化剂，使其变成NiOOH，构建起介孔架构。但是NiOOH对于钙钛矿吸光层有催化作用，加速了钙钛矿吸光层的降解，影响器件的工作稳定性。制备过程中NiOOH的生成抵消了其方法上的优势，限制了其在工业上的大规模应用。因此，开发化学浴沉积NiO
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薄膜对于钙钛矿太阳能电池的发展和光伏产业的大规模商业化至关重要。

技术实现思路

[0004]本专利技术是为了解决现有技术中薄膜形貌较差、光学模糊以及不可再现性的问题，提一种化学浴沉积钙钛矿太阳能电池空穴传输层及其制备方法。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用技术方案为：
[0006]一种化学浴沉积钙钛矿太阳能电池空穴传输层的制备方法，通过在含镍化学浴溶液中引入铵根离子，促使溶液中形成络合物，使镍离子在化学浴沉积的过程中，发生中间态过渡反应，使NiO
x
粒子均相成核，即在基体表面形成作为钙钛矿太阳能电池空穴传输层的NiO
x
薄膜。
[0007]进一步的说，通过在含镍化学浴溶液中引入铵根离子，促使溶液中形成络合物，使镍离子在化学浴沉积的过程中，控制镍离子的释放速率，获得颗粒较小且均匀的氢氧化镍颗粒，在基材表面生长一层氢氧化镍薄膜，经过退火处理，转变成氧化镍，在基体表面形成作为钙钛矿太阳能电池空穴传输层的NiO
x
薄膜。
[0008]再进一步的说：
[0009](1)向水中加入碱性溶液和镍源，使体系呈碱性获得透明蓝色均相溶液；(2)将所得透明均相蓝色溶液中加入含铵根离子的化合物以达到控制镍离子缓释释放；(3)将基材浸泡在透明蓝色均相溶液中，并进行化学浴沉积，以便在基材上形成氢氧化镍薄膜；(4)对步骤(3)所得材料进行退火处理，得到所述的氧化镍薄膜。
[0010]所述透明蓝色均相溶液pH值为11
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13，碱性溶液为氨水、氢氧化钠、氢氧化钾等，其中，碱为氨水时，pH值优选为11
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12.5；形成透明蓝色均相溶液中含镍浓度为0.1
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1mol/L；所述镍源为硝酸镍、硫酸镍、氯化镍、醋酸镍、碳酸镍和乙酰丙酮镍中的至少一种。
[0011]所述形成透明均相蓝色溶液后再添加铵根离子的化合物，体系内铵根离子的浓度为0.05
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0.5mol/L；所述含铵根离子的化合物为氯化铵、碳酸氢铵、硫酸铵、氯化铵、硝酸铵中的至少一种。
[0012]所述基材经超声清洗、紫外臭氧处理或等离子体处理后浸泡至透明蓝色均相溶液中化学浴沉积的时间为5
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120min，化学浴沉积的温度为50
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100℃。
[0013]所述退火处理的温度为275
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600℃，退火处理的时间为30
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60min。
[0014]一种空穴传输层材料，其为氧化镍薄膜，是由所述的方法在基体表面形成作为钙钛矿太阳能电池空穴传输层的NiO
x
薄膜。
[0015]一种氧化镍薄膜的应用，所述氧化镍薄膜在用于钙钛矿太阳能电池的空穴传输层材料中的应用。
[0016]本专利技术作用原理：
[0017]本专利技术采用络合物缓慢释放镍源的方法，与溶液中的氢氧根结合，生成氢氧化镍薄膜，经高温退火，实现了均匀沉积致密氧化镍层。若碱性溶液选择氨水，可以促进络合物的生成，但是过量的氨水会引入过量的氢氧根离子，亦会导致氢氧化镍快速的生成，影响最终的沉积形貌。通过在化学浴溶液中引入含铵根离子的化合物，促使溶液中生成[Ni(H2O)6‑
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(NH3)
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]2+
，可以使镍离子在化学浴沉积的过程中，发生中间态过渡反应，使NiO
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粒子均相成核。使用此方法沉积的NiO
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薄膜实现了均匀、致密的形貌、覆盖性好，同时均匀、致密的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种化学浴沉积钙钛矿太阳能电池空穴传输层的制备方法，其特征在于：通过在含镍化学浴溶液中引入铵根离子，促使溶液中形成络合物，使镍离子在化学浴沉积的过程中，发生中间态过渡反应，使NiO
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粒子均相成核，即在基体表面形成作为钙钛矿太阳能电池空穴传输层的NiO
x
薄膜。2.按权利要求1所述的化学浴沉积钙钛矿太阳能电池空穴传输层的制备方法，其特征在于：通过在含镍化学浴溶液中引入铵根离子，促使溶液中形成络合物，使镍离子在化学浴沉积的过程中，控制镍离子的释放速率，获得颗粒较小且均匀的氢氧化镍颗粒，在基材表面生长一层氢氧化镍薄膜，经过退火处理，转变成氧化镍，在基体表面形成作为钙钛矿太阳能电池空穴传输层的NiO
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薄膜。3.按权利要求1或2所述的化学浴沉积钙钛矿太阳能电池空穴传输层的制备方法，其特征在于：(1)向水中加入碱性溶液和镍源，使体系呈碱性获得透明蓝色均相溶液；(2)将所得透明均相蓝色溶液中加入含铵根离子的化合物以达到控制镍离子缓释释放；(3)将基材浸泡在透明蓝色均相溶液中，并进行化学浴沉积，以便在基材上形成氢氧化镍薄膜；(4)对步骤(3)所得材料进行退火处理，得到所述的氧化镍薄膜。4.按权利要求3所述的化学浴沉积钙钛矿太阳能电池空穴传输层的制备方法，其特征在于：所述透明蓝色均相溶液pH值为11
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13，碱性溶液为氨水、氢氧化钠、氢氧化钾等；形成...

【专利技术属性】
技术研发人员：王莉，赵强强，周忠敏，
申请(专利权)人：青岛科技大学，
类型：发明
国别省市：