[發明專利]鋅摻雜氧化鎳空穴傳輸層反置鈣鈦礦太陽能電池及制備方法

在審

• 申請號: 201711156113.0
• 申請日: 2017-11-20
• 公開（公告）號: CN108063186A
• 公開（公告）日: 2018-05-22
• 發明（設計）人: 萬興興;曹丙強
• 申請（專利權）人: 濟南大學
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/48
• 代理公司: 濟南泉城專利商標事務所 37218
• 代理人: 李桂存

本發明屬于鈣鈦礦太陽能電池制備技術領域，特別涉及一種鋅摻雜氧化鎳空穴傳輸層反置鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法。反置鈣鈦礦太陽能電池為：（1）、FTO玻璃；（2）、制備鋅摻雜氧化鎳空穴傳輸層；（3）、制備鈣鈦礦體異質結薄膜；（4）、在鈣鈦礦層上制備電子傳輸層；（5）、電極修飾層；（6）、金屬電極。本發明采用全新的空穴傳輸層，通過摻雜鋅優化氧化鎳薄膜得到高透光率，高電導率，高功函與鈣鈦礦匹配良好的空穴提取層，其性能優化、結構穩定。

技術領域

本發明屬于鈣鈦礦太陽能電池制備的技術領域，特別涉及一種鋅摻雜氧化鎳空穴傳輸層高效鈣鈦礦太陽能電池及制備方法。

背景技術

鈣鈦礦太陽能電池自2009年第一次報道以來，能量轉換效率日新月異，由最初的3.8%提升到了22.1%。鈣鈦礦太陽能電池的橫空出世為太陽能電池的發展帶來了新希望。鈣鈦礦吸光層兩側分別是電子傳輸層和空穴傳輸層，其中空穴傳輸層提取空穴的能力直接決定著太陽能電池的光電轉換效率，可見空穴傳輸層的重要性不言而喻。

目前大多數高光電轉換效率的太陽能電池所使用的空穴傳輸層為有機空穴傳輸層（如PEDOT：PSS、PTAA、spiro-OMeTAD等），但是有機空穴傳輸材料制備工藝復雜，價格昂貴，并不滿足大規模生產的要求。因此，找到替代有機空穴傳輸層的無機材料至關重要。

氧化鎳是一種寬禁帶p型半導體材料，禁帶寬度為3.6 eV，與鈣鈦礦能級匹配，并且在可見光范圍內具有高透光度，適合用于鈣鈦礦太陽能電池等光電子器件中，但其較低的電導率一直是該空穴傳輸層的劣勢所在，而摻雜可最大限度的改變這一現狀。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現存的技術不足，提供了一種利用廉價新材料（氧化鎳）制備的鋅摻雜氧化鎳空穴傳輸層高效鈣鈦礦太陽能電池，改善了電池串聯電阻，通過提高空穴提取效率從而優化電池性能，為開發廉價高效的鈣鈦礦太陽能電池提供了一種新思路。

本發明還提供了上述太陽能電池的制備方法。

為了克服已經存在的技術不足，本發明的技術方案為：

本發明公開了一種鋅摻雜氧化鎳空穴傳輸層反置高效鈣鈦礦太陽能電池，其特征在于采用以下制備方法制成：（1）、以FTO玻璃作為窗口層進行部分刻蝕；（2）、制備鋅摻雜氧化鎳空穴傳輸層；（3）、制備鈣鈦礦體異質結薄膜；（4）、在鈣鈦礦層上制備電子傳輸層；（5）、在電子傳輸層上制備電極修飾層；（6）、在電極修飾層上制備金屬電極，從而獲得太陽能電池；

所述鋅摻雜氧化鎳空穴傳輸層是采用以下方法制成：將硝酸鋅與硝酸鎳按比例混合于乙二胺和乙二醇的混合溶劑中，制成混合前驅液，然后置于磁力攪拌器上攪拌十二個小時，過濾后得到澄清液，然后旋涂澄清液40s于氟摻雜氧化錫玻璃（FTO玻璃）基板，最后把所得基板放到快速退火爐里400℃退火3600s，得到鋅摻雜氧化鎳空穴傳輸層。

上述的反置鈣鈦礦太陽能電池，優選的：所述硝酸鋅與硝酸鎳的摩爾比為3-7:97-93，乙二胺和乙二醇的體積比為1:10，硝酸鋅與硝酸鎳在混合溶劑中的濃度為1M。

上述的反置鈣鈦礦太陽能電池，優選的：所述FTO玻璃的厚度為300nm；鋅摻雜氧化鎳空穴傳輸層的厚度為30nm；鈣鈦礦體異質結薄膜的厚度為250nm；電子傳輸層的厚度為30nm；電極修飾層的厚度為10nm；金屬電極的厚度為60nm。

本發明還公開了一種權利要求1所述的鋅摻雜氧化鎳空穴傳輸層反置鈣鈦礦太陽能電池的制備方法，其特征在于采用以下步驟：

（1）將FTO透明導電玻璃切成1.6cm的長條，接著貼上1cm寬的膠帶，然后用鋅粉和濃鹽酸與水體積比為1:5的稀鹽酸刻蝕15分鐘，用稀鹽酸清洗殘余的鋅粉，把刻蝕好的玻璃切成1.6×1.7cm長方形，用堿液超聲清洗30-60 min，再用酒精超聲清洗30-60 min，最后用去離子水超聲清洗10-30 min，放入烘干箱干燥以備用；