一种基于微波水热生长的铜镓氧纳米片阵列的制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种基于微波水热生长的CuGaO2纳米片阵列的制备方法及应用。该太阳能电池的结构自上而下依次为金属电极，电子传输层，钙钛矿活性层，空穴传输层，导电玻璃。本发明专利技术利用二价铜盐和三价镓盐为原料，醇类为还原剂，氢氧化物调节前驱体的PH值，尿素作为沉淀剂。将清洁的导电玻璃以垂直于反应釜底部的方式放置，微波水热反应直接生长CuGaO2纳米片阵列作为电池的空穴传输层。本发明专利技术克服了纳米材料的团聚问题，增大了空穴传输层与钙钛矿活性层的接触面积，提升了电池的光电转化效率和稳定性等性能，具有优异的电导率和空穴迁移率。可广泛运用到光电探测器，发光二极管和太阳能电池等光电器件中。电池等光电器件中。电池等光电器件中。

【技术实现步骤摘要】
一种基于微波水热生长的铜镓氧纳米片阵列的制备方法及应用


[0001]本专利技术涉及半导体光电子
，具体涉及一种基于微波水热生长的铜镓氧(CuGaO2)纳米片阵列的制备方法及在制备太阳能电池的应用。

技术介绍

[0002]目前，钙钛矿太阳能电池(PSCs)的光电转换效率即将超过硅基和砷化镓太阳能电池。相应地，PSCs的工艺要求和生产成本远远低于硅基和砷化镓太阳能电池。因此，钙钛矿太阳能电池有望替代传统能源而得到广泛的应用。但是，PSCs的长期稳定性差、使用寿命低，是阻碍其进入光伏市场的主要原因。
[0003]为了提高钙钛矿太阳能电池的长期稳定性，无机半导体材料CuMO2(M为Ga、Al、Cr等元素)近年来在光电子学领域引起了广泛的关注。其中，CuGaO2具有宽带隙(3.0～3.6eV)，合适的价带(5.0～5.3eV)和高空穴迁移率。不幸的是，无机纳米材料在自旋涂成薄膜时，往往存在团聚和分布不均匀的现象。空穴传输层/钙钛矿界面上的空穴迁移受到严重阻碍，限制了器件性能的提高。

技术实现思路

[0004]为了克服上述问题，本专利技术首先采用了一种简单、低成本、可重复的微波水热方法来生长铜镓氧(CuGaO2)纳米片阵列的制备方法及在制备太阳能电池的应用。CuGaO2纳米片阵列作为倒置钙钛矿太阳能电池的空穴传输层，这增加了空穴传输层与钙钛矿活性层之间的接触面积，提高了空穴载流子提取效率，降低了界面缺陷状态。
[0005]本专利技术的目的在于解决纳米材料成膜后的团聚和覆盖不匀的通病，同时提升太阳能电池的稳定性和使用寿命。首次提出了一种基于微波水热下直接用于空穴传输层的CuGaO2纳米片阵列。通过低成本和可复制的工艺条件生长高质量的CuGaO2纳米片阵列，可以被广泛运用到光电探测器，发光二极管以及太阳能电池等光电领域。
[0006]本专利技术提供了一种基于微波水热生长的CuGaO2纳米片阵列的太阳能电池，该太阳能电池的结构自上而下依次为金属电极，电子传输层，钙钛矿活性层，空穴传输层，导电玻璃。
[0007]上述导电玻璃可为掺氟氧化锡(FTO)和氧化铟锡(ITO)等。
[0008]上述的空穴传输层是微波水热生长的CuGaO2纳米片阵列。
[0009]上述钙钛矿前驱体可为MAPbI
x
，FAPbI
x
和三阳离子(Cs，MA，FAI)多组分前驱体等。
[0010]上述电子传输层可为PCBM及其富勒烯衍生物等。金属电极可通过真空蒸镀机加热升华Ag和Au等金属。
[0011]一种基于微波水热生长的CuGaO2纳米片阵列的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0012]利用二价铜盐和三价镓盐为原料，醇类为还原剂，氢氧化物调节前驱体的PH值，尿
素作为沉淀剂，将清洁的导电玻璃以垂直于反应釜底部的方式放置，微波水热反应直接生长CuGaO2纳米片阵列。
[0013]本专利技术利用二价铜盐和三价镓盐为原料，醇类为还原剂，氢氧化物调节前驱体的PH值，尿素作为沉淀剂。将清洁的导电玻璃以垂直于反应釜底部的方式放置，微波水热反应直接生长CuGaO2纳米片阵列作为电池的空穴传输层。本专利技术具有低成本，高质量和可重复的制备工艺，可大面积生长CuGaO2纳米片阵列。同时，克服了纳米材料的团聚问题，增大了空穴传输层与钙钛矿活性层的接触面积，提升了电池的光电转化效率和稳定性等性能。此阵列的厚度小于200nm,透光率大于80％，具有优异的电导率和空穴迁移率。可广泛运用到光电探测器，发光二极管和太阳能电池等光电器件中。
[0014]本专利技术采用的具体工艺流程如下：
[0015](1)利用二价铜盐和三价镓盐为原料，醇类为还原剂，氢氧化物调节前驱体的PH值，尿素作为沉淀剂。将清洁的玻璃片以垂直于反应釜底部的方式放置，微波水热中可直接生长CuGaO2纳米片阵列。
[0016]具体做法包括：
[0017]二价铜盐和三价镓盐溶解于去离子水作为前驱体溶液，还原醇和氢氧化物溶液在冰浴环境中加入到前驱体溶液中，PH值控制在7～8，随后，沉淀剂加入到前驱体溶液中，清洁的FTO垂直放置在反应釜底部，并在200～250℃下水热反应1h～2h(优选为1h～1.5h)，利用去离子冲洗和烘干即可获得CuGaO2纳米片阵列。
[0018](2)所述的CuGaO2纳米片阵列已经成膜，可直接用于光电器件。
[0019]所述的二价铜盐为氯化铜、醋酸铜、硫酸铜或硝酸铜；所述的三价镓盐为氯化镓或硝酸镓；
[0020]所述二价铜盐和三价镓盐的摩尔比为1：1～1.5。
[0021]所述氢氧化物为氢氧化钠或氢氧化钾。
[0022]所述醇类为异丙醇或乙二醇。
[0023]所述水热反应时间为1h～1.5h。
[0024]所述垂直放置可使用模具站立或倚靠在反应釜内壁。
[0025]所述CuGaO2纳米片阵列无需在溶剂中分散，研磨和超声波振荡，无需使用喷涂，刮涂和旋涂等工艺，无需经历加热台的退火处理，可直接用于太阳能电池和光电探测器等领域。
[0026]一种基于微波水热生长的CuGaO2纳米片阵列的太阳能电池，包括：导电玻璃以及依次设置在所述导电玻璃上的空穴传输层、钙钛矿活性层、电子传输层、金属电极，所述的空穴传输层是所述制备方法微波水热生长的CuGaO2纳米片阵列。
[0027]所述的CuGaO2纳米片阵列形成的空穴传输层的厚度为100～200nm，透光率>80％，空穴迁移率为10
‑2～101cm2V
‑1S
‑1。
[0028]基于微波水热生长的CuGaO2纳米片阵列的太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
[0029](1)首先，将导电玻璃置于玻璃清洗剂、丙酮和乙醇中，依次进行超声波清洗15～30min；接着，用异丙醇以1000～5000rpm清洗导电玻璃表面，并在氮气下以30～60℃干燥5～10min；之后，在紫外臭氧环境中处理15～30min，得到清洁的导电玻璃；
[0030](2)采用所述制备方法在清洁的导电玻璃微波水热生长的CuGaO2纳米片阵列，直接作为太阳能电池的空穴传输层；
[0031](3)之后需在手套箱中进行，两步旋涂的参数为500～1000rpm/10s和3000～5000rpm/30s，启动前滴加70～100μl钙钛矿前驱体，在第二步的15～20s滴加反溶剂，在加热台上150～170℃退火10～15min，得到太阳能的钙钛矿活性层；
[0032](4)在钙钛矿活性层上旋涂电子传输层前驱体，并在加热台上进行退火处理，即可获得电子传输层；
[0033](5)利用真空蒸镀机镀上10～100nm厚的银电极，最终，完成了太阳能电池的组装，得到基于微波水热生长的CuGaO2纳米片阵列的太阳能电池。
[0034]在步骤(1)中，所述导电玻璃可为掺氟氧化锡(FTO)和氧化铟锡(ITO)等；
[0035]步骤(3)本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于微波水热生长的CuGaO2纳米片阵列的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：利用二价铜盐和三价镓盐为原料，醇类为还原剂，氢氧化物调节前驱体的PH值，尿素作为沉淀剂，将清洁的导电玻璃以垂直于反应釜底部的方式放置，微波水热反应直接生长CuGaO2纳米片阵列。2.如权利要求1所述的基于微波水热生长的CuGaO2纳米片阵列的制备方法，其特征在于，具体做法包括：二价铜盐和三价镓盐溶解于去离子水作为前驱体溶液，还原醇和氢氧化物溶液在冰浴环境中加入到前驱体溶液中，PH值控制在7～8，随后，沉淀剂加入到前驱体溶液中，清洁的FTO垂直放置在反应釜底部，并在200～250℃下水热反应1h～2h，利用去离子冲洗和烘干即可获得CuGaO2纳米片阵列。3.如权利要求1或2所述的基于微波水热生长的CuGaO2纳米片阵列的制备方法，其特征在于，所述的二价铜盐为氯化铜、醋酸铜、硫酸铜或硝酸铜；所述的三价镓盐为氯化镓或硝酸镓；所述二价铜盐和三价镓盐的摩尔比为1：1～1.5。4.如权利要求1或2所述的基于微波水热生长的CuGaO2纳米片阵列的制备方法，其特征在于，所述氢氧化物为氢氧化钠或氢氧化钾；所述醇类为异丙醇或乙二醇。5.如权利要求1或2所述的基于微波水热生长的CuGaO2纳米片阵列的制备方法，其特征在于，所述水热反应时间为1h～1.5h。6.一种基于微波水热生长的CuGaO2纳米片阵列的太阳能电池，其特征在于，包括：导电玻璃以及依次设置在所述导电玻璃上的空穴传输层、钙钛矿活性层、电子传输层、金属电极，所述的空穴传输层是权利要求1～5任一项所述制备方法微波水热生长的CuGaO2纳米片阵列。7.如权利要求6所述的基于微波水热生长的CuGaO2纳米片阵列的太阳能电池，其特征在于，所述的CuGaO2纳米片阵列...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜平凡，陈亮，邱琳琳，蒋星宇，刘洋，谢富强，
申请(专利权)人：浙江理工大学，
类型：发明
国别省市：