【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及钙钛矿太阳能电池，具体涉及一种基于共掺杂氧化镍空穴传输层的反式钙钛矿电池的制备方法。
技术介绍
1、近年来，有机-无机杂化钙钛矿材料具有良好的吸光系数，较长的电荷扩散长度，优异的载流子输运性能，可调控的带隙宽度等优势，使得这种材料能有效地吸收太阳光，高效产生光生载流子的同时降低能量损失，基于钙钛矿材料的太阳能电池快速提升的效率而得到人们的广泛关注，其电池的转换效率从最初的3.8％跃升至26.1％。
2、和传统的正式结构相比，反式钙钛矿电池具有可忽略的迟滞效应，同时在钙钛矿材料界面具有更低的陷阱态密度，使电荷传输更顺畅。另外反式结构的柔性器件可低温制备且界面稳定性良好。目前，基于niox空穴传输层的反式钙钛矿电池因具有化学稳定性高、制备工艺简单以及价格低廉而受到广泛关注，但由于niox本征导电性弱、能级匹配差等因素导致钙钛矿电池的载流子寿命及空穴提取能力的降低，使得填充因子和短路电流偏低，从而影响电池的整体性能。
3、为此，我们提供一种基于共掺杂氧化镍空穴传输层的反式钙钛矿电池的制备方法解决上述问题。
技术实现思路
1、针对上述现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种基于共掺杂氧化镍空穴传输层的反式钙钛矿电池的制备方法，该制备方法得到的电池稳定性好、转换效率高、制备过程简单、成本低廉且易于产业化应用。
2、一种基于共掺杂氧化镍空穴传输层的反式钙钛矿电池的制备方法，包括以下步骤：
3、a.依次用洗涤剂、去离子水和丙酮在45℃
4、b.采用磁控溅射工艺，选用cdsno4和znsno4陶瓷靶，通过金属掩膜板在基底表面先沉积cdsno4薄膜，腔体的本底真空度为2×10-6pa，射频电源功率为50～200w，工作压强为2×10-1pa，工作气体ar流量为40sccm，厚度为180～230nm，接着沉积znsno4薄膜，腔体的本底真空度为2×10-6pa，射频电源功率为100～200w，工作压强为4×10-1pa，工作气体ar流量为35sccm，厚度为10～25nm，得到图形化透明导电电极。
5、c.采用共溅射法在透明导电电极上制备空穴传输层，选用ni、zn和co金属靶，腔体的本底真空度为4×10-4pa，工作压强为2×10-1pa，工作气体ar流量为30sccm，反应气体o2流量为10sccm，ni靶采用射频电源，溅射功率为60w，zn靶和co靶采用直流电源，溅射功率分别为40w和30w，得到厚度为20～40nm空穴传输层。
6、d.采用共蒸发法在空穴传输层上制备钙钛矿吸收层，选用csbr、pbi2、fai和mai为蒸发源，腔体的本底真空度为2×10-4pa，fai的蒸发温度为130℃，mai的蒸发温度为150℃，pbi2的蒸发温度为310℃，csbr的蒸发温度为420℃，通过石英晶体监测仪来监测蒸发速率和膜厚，蒸发完成后在100℃热处理10min得到厚度为300～600nm钙钛矿吸收层。
7、e.采用旋涂法在钙钛矿吸收层上制备电子传输层，先将在氯苯中浓度为10mg/ml的pcbm溶液以2500rpm的速度旋涂在钙钛矿层表面，然后将在异丙醇中浓度为0.5mg/ml的bcp溶液以4000rpm的速度旋涂在pcbm表面，得到厚度为60～90nm电子传输层。
8、f.采用电子束蒸发在电子传输层上制备背电极，膜料为金属cu和al，工作气体为纯度为99.99％的ar，腔体的本底真空度为为≤2×10-4pa，工作压强为1×10-3pa，电子枪电压为7.5kv，电流为0.1～0.5a，通过掩膜板蒸发得到厚度为90～120nm背电极。
9、进一步的，所述步骤c中，溅射时先开启镍靶电源，待辉光稳定后缓慢通入o2，溅射2min后，关闭o2流量阀，同时开启锌靶和钴靶电源，溅射30～60s后，关闭锌靶和钴靶电源，再次开启o2流量阀，溅射3～5min，完成溅射后制备的空穴传输层在200℃下热处理15min。
10、进一步的，所述步骤d中，先开启fai蒸发源，蒸发速率为1.55a/s，再开启mai蒸发源，蒸发速率为1.6a/s，接着开启pbi2蒸发源，蒸发速率为0.90a/s，最后开启csbr蒸发源，蒸发速率为0.07a/s。
11、进一步的，所述步骤f中，先蒸发金属cu，蒸发速率为10a/s，沉积时间为60～90s，接着蒸发金属al，蒸发速率为10a/s，沉积时间为30s。
12、一种基于共掺杂氧化镍空穴传输层的反式钙钛矿电池，所述钙钛矿电池从下至上依次为透明基底、透明导电电极、空穴传输层、钙钛矿吸收层、电子传输层、背电极；所述透明导电电极由低阻导电层和高阻导电层构成；所述空穴传输层为zn、co共掺杂niox薄膜。
13、进一步的，所述透明基底为一种高精度的低铁超白玻璃，其铁含量低于50ppm，具有极高的透明度。该玻璃基体的透过率在380～1100nm波长范围内达到94％以上，这种透明基底能够最大程度地吸收光线，提高光学性能，展现出卓越的光学效果。
14、进一步的，所述低阻导电层为cdsno4，所述高阻导电层为znsno4，所述透明导电电极方阻≤10ω，可见光区平均透过率≥87％。
15、进一步的，所述zn、co共掺杂niox薄膜的电导率≥8×10-4s/cm。
16、进一步的，所述钙钛矿吸收层为csx(fa0.91ma0.09)pb(i1-ybry)3，x值范围为0.05～0.20，y值范围为0.08～0.25。
17、进一步的，所述电子传输层为pcbm和bcp复合层。
18、进一步的，所述背电极为cu/al的复合电极。
19、本专利技术的一种基于共掺杂氧化镍空穴传输层的反式钙钛矿电池，具备如下有益效果：
20、(1)和传统的透明导电电极采用ito或fto相比，采用低阻导电层cdsno4和高阻导电层znsno4的复合导电电极层，在达到相同电阻率情况下电极层的厚度更薄，因此透过率更高且成本更低。单一导电层的homo能级远高于空穴传输层的homo能级，加入高阻导电层可形成带隙能级的梯度降低，有效减小电极层和空穴传输层的界面势垒，增加空穴的提取能力。
21、(2)采用掺杂zn、co的niox薄膜作为空穴传输层可有效提高薄膜的电导率和透过率，增加界面的空穴分离效率，同时减少界面的电荷复合概率，有利于电池整体性能的提升。
22、(3)采用共蒸法制备钙钛矿吸收层，相比传统的溶液法制备，减少了无水无氧的制备环境，降低了生产成本且制备过程简单，样品重复性和可控性好，适用于大规模工业化生产。
23、参照后文的说明与附图，详细公开了本专利技术的特定实施方式，指明了本专利技术的原理可以被采用的方式，应该理解，本专利技术的实施方式在范围上并不因而受到限制，本专利技术的实施方式包括许多改变、修改和等同。
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1.一种基于共掺杂氧化镍空穴传输层的反式钙钛矿电池的制备方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的1.一种基于共掺杂氧化镍空穴传输层的反式钙钛矿电池的制备方法，其特征在于：所述步骤b中磁控溅射工艺的流程如下：
3.根据权利要求2所述的一种基于共掺杂氧化镍空穴传输层的反式钙钛矿电池的制备方法，其特征在于：所述步骤c中共溅射法的流程如下：
4.根据权利要求3所述的一种基于共掺杂氧化镍空穴传输层的反式钙钛矿电池的制备方法，其特征在于：所述步骤d中共蒸发法在空穴传输层上制备钙钛矿吸收层的流程如下：
5.根据权利要求4所述的一种基于共掺杂氧化镍空穴传输层的反式钙钛矿电池的制备方法，其特征在于：所述步骤c中，溅射时先开启镍靶电源，待辉光稳定后缓慢通入O2，溅射2min后，关闭O2流量阀，同时开启锌靶和钴靶电源，溅射30～60s后，关闭锌靶和钴靶电源，再次开启O2流量阀，溅射3～5min，完成溅射后制备的空穴传输层在200℃下热处理15min；
6.根据权利要求5所述的一种基于共掺杂氧化镍空穴传输层的反式钙钛矿电池，其特征在于
7.根据权利要求6所述的一种基于共掺杂氧化镍空穴传输层的反式钙钛矿电池，其特征在于：所述低阻导电层为CdSnO4，所述高阻导电层为ZnSnO4，所述透明导电电极方阻≤10Ω，可见光区平均透过率≥87％。
8.根据权利要求7所述的一种基于共掺杂氧化镍空穴传输层的反式钙钛矿电池，其特征在于：所述透明基底为低铁超白玻璃，铁含量≤50PPM,基体在380～1100nm范围内透过率≥94％。
9.根据权利要求8所述的一种基于共掺杂氧化镍空穴传输层的反式钙钛矿电池，其特征在于：所述Zn、Co共掺杂NiOx薄膜的电导率≥8×10-4S/cm，所述电子传输层为PCBM和BCP复合层，所述背电极为Cu/Al的复合电极。
10.根据权利要求8所述的一种基于共掺杂氧化镍空穴传输层的反式钙钛矿电池，其特征在于：所述钙钛矿吸收层为Csx(FA0.91MA0.09)Pb(I1-yBry)3，x值范围为0.05～0.20，y值范围为0.08～0.25。
...【技术特征摘要】
1.一种基于共掺杂氧化镍空穴传输层的反式钙钛矿电池的制备方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的1.一种基于共掺杂氧化镍空穴传输层的反式钙钛矿电池的制备方法，其特征在于：所述步骤b中磁控溅射工艺的流程如下：
3.根据权利要求2所述的一种基于共掺杂氧化镍空穴传输层的反式钙钛矿电池的制备方法，其特征在于：所述步骤c中共溅射法的流程如下：
4.根据权利要求3所述的一种基于共掺杂氧化镍空穴传输层的反式钙钛矿电池的制备方法，其特征在于：所述步骤d中共蒸发法在空穴传输层上制备钙钛矿吸收层的流程如下：
5.根据权利要求4所述的一种基于共掺杂氧化镍空穴传输层的反式钙钛矿电池的制备方法，其特征在于：所述步骤c中，溅射时先开启镍靶电源，待辉光稳定后缓慢通入o2，溅射2min后，关闭o2流量阀，同时开启锌靶和钴靶电源，溅射30～60s后，关闭锌靶和钴靶电源，再次开启o2流量阀，溅射3～5min，完成溅射后制备的空穴传输层在200℃下热处理15min；
6.根据权利要求5所述的一种基于共掺杂氧化镍空穴传输层的反式钙钛矿电池，其特征在于：所述钙钛矿电池从下至上依次为透明基底、透...
【专利技术属性】
技术研发人员：彭寿，杨扬，姚婷婷，李刚，王天齐，金克武，彭塞奥，王东，甘治平，
申请(专利权)人：中建材玻璃新材料研究院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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