一种下转换钙钛矿器件及其制作方法技术

本发明专利技术揭示了一种下转换钙钛矿器件及其制作方法。所述下转换钙钛矿器件的制作方法，包括：提供稀土掺杂氧化镍前驱液；提供掺有稀土元素的氧化镍前驱液；将所述氧化镍前驱液涂覆于所述第一电极上并退火，形成空穴传输层，所述空穴传输层包含氧化镍和掺杂在氧化镍中的稀土化合物，所述稀土化合物具有下转换功能。本发明专利技术提供的下转换钙钛矿器件的制作方法，利用下转换稀土元素可以将紫外光转换为可见光的特性，将其引入氧化镍，制备稀土掺杂氧化镍空穴传输层，在不改变器件膜厚度，不影响空穴传输路径的情况下提高了空穴传输率、光利用率，从而提高器件性能。从而提高器件性能。从而提高器件性能。

【技术实现步骤摘要】
一种下转换钙钛矿器件及其制作方法


[0001]本专利技术属于太阳能电池
，具体涉及一种下转换钙钛矿器件及其制作方法。

技术介绍

[0002]钙钛矿太阳能电池是一种将太阳能直接转换成电能的光电器件。钙钛矿太阳能电池是一种利用有机
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无机金属卤化物作为吸光材料的新型太阳能电池，具有制备成本低、工艺简单、吸光系数大、光电转换效率高等特点，近十几年的发展，其电池效率已经达到25.7％，成为最具潜力的新型光伏技术。钙钛矿太阳能器件结构有正式结构和反式结构两种，反式结构钙钛矿太阳能器件由阳极层、空穴传输层、吸光层、电子传输层和阴极层组成。空穴传输层不仅能够有效传输空穴，阻挡电子，还能影响钙钛矿活性层的结晶生长和微观形貌。目前高效率的太阳能电池所用空穴传输层多为有机空穴传输层(如PEDOT：PSS、PTAA、Spiro
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OMeTAD等)，但有机空穴传输材料制备工艺复杂，而且价格昂贵。因此，找到替代有机空穴传输层的无机材料至关重要。
[0003]无机氧化镍在可见光范围内透光性高，化学稳定性好，是一种宽禁带p型半导体，被广泛应用于反式平面钙钛矿太阳能电池中；但纯氧化镍导电性较差，导致器件界面处载流子严重复合，空穴提取率降低，造成器件填充因子和短路电流偏低，从而降低电池的性能。而且，钙钛矿材料可见光吸收区域在400nm到800nm之间，波长小于400nm的紫外光不仅不能被钙钛矿材料有效吸收，还会造成钙钛矿材料性能退化。

技术实现思路

[0004]本专利技术的主要目的在于提供一种下转换钙钛矿器件及其制作方法，以克服现有技术中存在的不足。
[0005]为实现前述专利技术目的，本专利技术实施例采用的技术方案包括：
[0006]本专利技术实施例提供了一种下转换钙钛矿器件的制作方法，包括制作层叠设置的第一电极、空穴传输层、钙钛矿活性层、电子传输层、第二电极的步骤；所述空穴传输层的制作步骤，包括：
[0007]提供掺有稀土元素的氧化镍前驱液；
[0008]将所述氧化镍前驱液涂覆于所述第一电极上并退火，形成空穴传输层，所述空穴传输层包含氧化镍和掺杂在氧化镍中的稀土化合物，所述稀土化合物具有下转换功能。
[0009]进一步地，所述的下转换钙钛矿器件的制作方法，包括：使包含可溶性镍盐、稀土化合物、醇溶液和乙醇胺或二乙胺的混合反应体系在60℃反应4～8h，制得所述氧化镍前驱液；其中可溶性镍盐与可溶性稀土盐的摩尔比为1∶0.01～0.1，所述醇溶液包括乙二醇或乙醇或异丙醇中的任一种。
[0010]进一步地，所述钙钛矿活性层的制作步骤，包括：
[0011]将钙钛矿溶液以3500～7000rpm的旋涂速度在所述稀土掺杂氧化镍下转换空穴传
输层上旋涂30～45s，并于后10～20s滴加反溶剂的方式旋涂钙钛矿溶液，然后于100～170℃下退火10～20min，得到钙钛矿薄膜。
[0012]进一步地，所述钙钛矿溶液包含钙钛矿前驱体和溶剂，所述钙钛矿前驱体包括碘化铅、甲脒氢碘酸盐和/或甲基碘化铵、碘化铯，所述溶剂包括N，N
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二甲基甲酰胺和二甲基亚砜。
[0013]进一步地，所述反溶剂包括氯苯、乙醚、甲苯中的一种或多种。
[0014]本专利技术实施例还提供了一种下转换钙钛矿器件，包括沿指定方向依次设置的第一电极、空穴传输层、钙钛矿活性层、电子传输层、第二电极；所述空穴传输层包含氧化镍和掺杂在氧化镍中的稀土化合物，所述稀土化合物具有下转换功能。
[0015]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0016]本专利技术下转换钙钛矿器件的制作方法，利用下转换稀土元素可以将紫外光转换为可见光的特性，将其引入氧化镍，制备稀土掺杂氧化镍空穴传输层，并用于钙钛矿器件中，制备了下转换钙钛矿器件；在提高空穴传导率的同时，增加太阳光利用率，以实现空穴层收集传导能力；同时未改变器件结构，不会增加额外的界面缺陷和电子传输路径。
附图说明
[0017]为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0018]图1是本申请一实施方式中下转换钙钛矿器件的结构示意图。
[0019]附图说明：1、FTO导电玻璃，2、下转换空穴传输层，3、钙钛矿活性层，4、电子传输层，5、Ag电极。
具体实施方式
[0020]鉴于现有技术的不足，本案专利技术人经长期研究和大量实践，得以提出本专利技术的技术方案，其主要是通过掺杂的方法提高氧化镍空穴提取率，即下转换材料以掺杂的形式直接引入空穴传输层，增加钙钛矿活性层对光的利用率，并通过制备的下转换空穴层，实现更多的空穴提取转移。如下将对该技术方案、其实施过程及原理作进一步的解释说明。
[0021]本专利技术实施例的一个方面提供了一种下转换钙钛矿器件的制作方法，包括制作层叠设置的第一电极、空穴传输层、钙钛矿活性层、电子传输层、第二电极的步骤；所述空穴传输层的制作步骤，包括：
[0022]提供掺有稀土元素的氧化镍前驱液；
[0023]将所述氧化镍前驱液涂覆于所述第一电极上并退火，形成空穴传输层，所述空穴传输层包含氧化镍和掺杂在氧化镍中的稀土化合物，所述稀土化合物具有下转换功能。
[0024]在一些优选实施例中，所述的下转换钙钛矿器件的制作方法，包括：使包含可溶性镍盐、稀土化合物、醇溶液和乙醇胺或二乙胺的混合反应体系在60℃反应4～8h，制得所述氧化镍前驱液；其中可溶性镍盐与可溶性稀土盐的摩尔比为1∶0.01～0.1，所述醇溶液可以包括乙二醇、乙醇、异丙醇等中的任一种，但不局限于此。
[0025]在一些更为优选的实施例中，所述稀土化合物可以包括硝酸铕或硝酸钐，但不局限于此。
[0026]在一些更为优选的实施例中，所述可溶性镍盐可以包括六水合硝酸镍或四水合硝酸镍，但不局限于此。
[0027]在一些更为优选的实施例中，所述可溶性镍盐的浓度为0.5～1.5mol/L。
[0028]在一些优选实施例中，所述涂覆的方式包括旋涂、喷涂、刮涂、印刷等中的任意一种，但不局限于此。
[0029]在一些更为优选的实施例中，所述涂覆的方式为旋涂。
[0030]在一些优选实施例中，所述旋涂的速度为2000～3500rmp，旋涂的时间为30s。
[0031]在一些优选实施例中，所述退火的温度为300～450℃，退火的时间为20～30minmin。
[0032]在一些优选实施例中，所述钙钛矿活性层的制作步骤，包括：
[0033]将钙钛矿溶液以3500～7000rpm的旋涂速度在所述稀土掺杂氧化镍下转换空穴传输层上旋涂30～45s，并于后10～20s滴加反溶剂的方式旋涂钙钛矿溶液，然后于100～170℃下退火10～20min，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种下转换钙钛矿器件的制作方法，包括制作层叠设置的第一电极、空穴传输层、钙钛矿活性层、电子传输层、第二电极的步骤；其特征在于，制作所述空穴传输层的步骤包括：提供掺有稀土元素的氧化镍前驱液；将所述氧化镍前驱液涂覆于所述第一电极上并退火，形成空穴传输层，所述空穴传输层包含氧化镍和掺杂在氧化镍中的稀土化合物，所述稀土化合物具有下转换功能。2.根据权利要求1所述的下转换钙钛矿器件的制作方法，其特征在于，具体包括：使包含可溶性镍盐、稀土化合物、醇溶液和乙醇胺或二乙胺的混合反应体系在60℃反应4～8h，制得所述氧化镍前驱液；其中可溶性镍盐与可溶性稀土盐的摩尔比为1∶0.01～0.1，所述醇溶液包括乙二醇或乙醇或异丙醇中的任一种。3.根据权利要求2所述的下转换钙钛矿器件的制作方法，其特征在于：所述稀土化合物包括硝酸铕或硝酸钐；和/或，所述可溶性镍盐包括六水合硝酸镍或四水合硝酸镍；和/或，所述可溶性镍盐的浓度为0.5～1.5mol/L。4.根据权利要求1所述的下转换钙钛矿器件的制作方法，其特征在于包括：至少采用旋涂、喷涂、刮涂或印刷方式将所述氧化镍前驱液涂覆在所述第一电极上。5.根据权利要求1所述的下转换钙钛矿器件的制作方法，其特征在于：所述退火的温度为300～450℃，退火的时间为20～30min。6.根据权利要求1
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5中任一项所述的下转换钙钛矿器件的制作方法，其特征在于，制作所述钙钛矿活性层的步骤包括：将钙钛矿...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦艺颖，刘琴，安扬，田清勇，范斌，
申请(专利权)人：昆山协鑫光电材料有限公司，
类型：发明
国别省市：