一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法，钙钛矿太阳能电池，包括依次层叠设置的衬底、第一电极层、下镍氧化物层、上镍氧化物层和钙钛矿层，下镍氧化物层和上镍氧化物层均包括NiO和Ni2O3，上镍氧化物层中Ni2O3的含量大于下镍氧化物层中Ni2O3的含量。具有较大浓度Ni2O3的上镍氧化物层不仅能够提高钙钛矿前驱液的铺展效果，从而易于制备大面积且均匀致密的钙钛矿薄膜，还具有更加优异的空穴提取速度，这都提高了钙钛矿太阳能电池的光电转换效率。率。率。

【技术实现步骤摘要】
一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法


[0001]本专利技术涉及钙钛矿太阳能电池
，具体涉及一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着全球生态环境和能源短缺问题的日益严峻，光伏发电受到广泛关注。相较于传统的硅基太阳能电池，钙钛矿太阳能电池具有制作工艺简单、低成本、可制作柔性器件的优点，在短短几年时间内，其效率进展比肩了硅太阳能电池在几十年间的效率突破，显示出具有巨大的潜力。如此惊人的发展主要归功于光吸收层的钙钛矿材料独特的光电特性，如直接带隙、光吸收范围广、激子结合能低、载流子扩散长度长、载流子稳定性长以及双极载流子迁移率。钙钛矿太阳能电池包括正式结构和反式结构。与正式结构相比，反式结构具有易于缓解的滞后行为和长期稳定性，更易于实现商业化应用。反式结构中，空穴传输层的沉积位于钙钛矿层的沉积之前，因此空穴传输层的表面性能会直接影响钙钛矿层的沉积质量。
[0003]目前，反式钙钛矿太阳能电池中空穴传输层的材料包括聚(3,4
‑
乙烯二氧噻吩)
‑
聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)、以及NiO
x
、CuO、MoO3等P型金属氧化物，其中，PEDOT:PSS不仅价格昂贵还具有吸湿性，能够显著加快钙钛矿吸光层的分解，严重危害电池期间的稳定性，而P型金属氧化物不仅价格低还具有优异的化学稳定性，被视为PEDOT:PSS的替代材料。而采用NiO
x
作为空穴传输层所制备的反式钙钛矿太阳能电池目前所获得的光电转换效率最佳。
[0004]然而，现有方法制备得到的NiO
x
层表面的润湿性较差，这不利于钙钛矿前驱液在NiO
x
层表面的铺展效果，从而不易形成大面积且均匀致密的钙钛矿薄膜，进而无法保证钙钛矿太阳能电池的光电转换效率。

技术实现思路

[0005]因此，本专利技术要解决的技术问题在于如何提高反式钙钛矿太阳能电池的光电转换效率，从而提供一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法。
[0006]本专利技术提供一种钙钛矿太阳能电池，包括依次层叠设置的衬底、第一电极层、下镍氧化物层、上镍氧化物层和钙钛矿层，所述下镍氧化物层和所述上镍氧化物层均包括NiO和Ni2O3，所述上镍氧化物层中Ni2O3的含量大于所述下镍氧化物层中Ni2O3的含量。
[0007]可选的，所述上镍氧化物层中Ni2O3的含量大于NiO的含量，所述下镍氧化物层中Ni2O3的含量小于NiO的含量。
[0008]可选的，所述上镍氧化物层中Ni2O3的含量为50％
‑
70％；所述下镍氧化物层中Ni2O3的含量为20％
‑
40％。
[0009]可选的，所述上镍氧化物层的厚度小于所述下镍氧化物层的厚度。
[0010]可选的，所述上镍氧化物层的厚度为0.5nm
‑
10nm，所述下镍氧化物层的厚度为8nm
‑
30nm。
[0011]本专利技术还提供一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：提供衬底；在所述衬底的一侧表面形成第一电极层；采用磁控溅射工艺在所述第一电极层背离所述衬底的一侧表面依次形成下镍氧化物层和上镍氧化物层，形成上镍氧化物层的过程中真空室内的氧气浓度大于形成下镍氧化物层的过程中真空室内的氧气浓度；在所述上镍氧化物层背离所述衬底的一侧表面形成钙钛矿层。
[0012]可选的，靶材为氧化镍，形成所述下镍氧化物层和所述上镍氧化物层的过程中向真空室内均通入惰性气体和氧气，惰性气体的流量恒定，形成所述下镍氧化物层的过程中氧气流量占总气体流量的0％
‑
1.8％，形成所述上镍氧化物层的过程中氧气流量占总气体流量的1.8％
‑
10％。
[0013]可选的，惰性气体的流量为300sccm
‑
700sccm，形成所述下镍氧化物层的过程中氧气流量为0sccm
‑
12.6sccm，形成所述上镍氧化物层的过程中氧气流量为5.4sccm
‑
70sccm。
[0014]可选的，形成所述下镍氧化物层和所述上镍氧化物层的过程中，沉积速率为形成所述下镍氧化物层的第一溅射时长为50min
‑
140min，形成所述上镍氧化物层的第二溅射时长为6min
‑
30min。
[0015]可选的，形成所述下镍氧化物层和所述上镍氧化物层的过程中，溅射功率为600W～900W。
[0016]可选的，所述钙钛矿太阳能电池的制备方法还包括：在形成所述下镍氧化物层之前，对所述靶材进行预溅射。
[0017]可选的，所述预溅射的时间为10min
‑
20min。
[0018]本专利技术技术方案，具有如下优点：
[0019]1.本专利技术提供的钙钛矿太阳能电池，下镍氧化物层与上镍氧化物层构成了空穴传输层。一方面，上镍氧化物层具有较大浓度的Ni2O3，使其具有较高的表面能，因此具有较小的表面张力，这使得上镍氧化物层具有较高的润湿性，有利于钙钛矿前驱液的铺展效果，易于形成大面积且均匀致密的钙钛矿薄膜，从而提高了钙钛矿太阳能电池的光电转换效率。另一方面，具有较大浓度Ni2O3的上镍氧化物层具有更加优异的空穴提取速度，使空穴传输层能够更加有效地提取和传导空穴，从而提高了钙钛矿太阳能电池的光电转换效率。
[0020]2.本专利技术提供的钙钛矿太阳能电池的制备方法，采用磁控溅射工艺在所述第一电极表面依次形成下镍氧化物层和上镍氧化物层以制备空穴传输层，通过限定形成上镍氧化物层的过程中真空室内的氧气浓度大于形成下镍氧化物层的过程中真空室内的氧气浓度，使得所述上镍氧化物层中Ni2O3的含量大于所述下镍氧化物层中Ni2O3的含量，具有较大浓度Ni2O3的上镍氧化物层不仅能够提高钙钛矿前驱液的铺展效果，从而易于制备大面积且均匀致密的钙钛矿薄膜，还具有更加优异的空穴提取速度，这都提高了钙钛矿太阳能电池的光电转换效率。此外，相较于溶液法，磁控溅射工艺制备空穴传输层更适合大规模生产，有利于实现钙钛矿太阳能电池的产业化。
附图说明
[0021]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，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。
[0022]图1为本专利技术实施例提供的钙钛矿太阳能电池的结构示意图；
[0023]附图标记说明：
[0024]1‑
衬底；2
‑
第一电极层；3
‑
空穴传输层；31
‑
下镍氧化物层；32
‑
上镍氧化物层；4
‑
钙钛矿层；5
‑
电子传输层；6
‑
第二电极层。
具体实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钙钛矿太阳能电池，其特征在于，包括依次层叠设置的衬底、第一电极层、下镍氧化物层、上镍氧化物层和钙钛矿层，所述下镍氧化物层和所述上镍氧化物层均包括NiO和Ni2O3，所述上镍氧化物层中Ni2O3的含量大于所述下镍氧化物层中Ni2O3的含量。2.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述上镍氧化物层中Ni2O3的含量大于NiO的含量，所述下镍氧化物层中Ni2O3的含量小于NiO的含量。3.根据权利要求2所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述上镍氧化物层中Ni2O3的含量为50％
‑
70％；所述下镍氧化物层中Ni2O3的含量为20％
‑
40％。4.根据权利要求1至3任一项所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述上镍氧化物层的厚度小于所述下镍氧化物层的厚度。5.根据权利要求4所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述上镍氧化物层的厚度为0.5nm
‑
10nm，所述下镍氧化物层的厚度为8nm
‑
30nm。6.一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：提供衬底；在所述衬底的一侧表面形成第一电极层；采用磁控溅射工艺在所述第一电极层背离所述衬底的一侧表面依次形成下镍氧化物层和上镍氧化物层，形成上镍氧化物层的过程中真空室内的氧气浓度大于形成下镍氧化物层的过程中真空室内的氧气浓度；在所述上镍氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙志刚，闻佳，邵君，
申请(专利权)人：无锡极电光能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：