[發(fā)明專利]鋅摻雜氧化鎳納米顆粒空穴傳輸層反置鈣鈦礦太陽(yáng)能電池及制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711203163.X
• 申請(qǐng)日: 2017-11-27
• 公開（公告）號(hào): CN108054282A
• 公開（公告）日: 2018-05-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 萬(wàn)興興;曹丙強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 濟(jì)南大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L51/48
• 分類號(hào): H01L51/48;H01L51/46;H01L51/42;B82Y30/00
• 代理公司: 濟(jì)南泉城專利商標(biāo)事務(wù)所 37218
• 代理人: 李桂存

本發(fā)明涉及一種鋅摻雜氧化鎳納米顆粒空穴傳輸層反置鈣鈦礦太陽(yáng)能電池及制備方法。本發(fā)明采用全新的空穴傳輸層，通過(guò)摻雜鋅優(yōu)化氧化鎳納米顆粒得到高透光率，高電導(dǎo)率，高功函與鈣鈦礦匹配良好的空穴提取層，通過(guò)組裝進(jìn)而得到高效鈣鈦礦太陽(yáng)能電池。首先將硝酸鋅和硝酸鎳六水合物按比例混合于堿性水溶液中，通過(guò)離心、干燥和煅燒得到鋅摻雜氧化鎳納米顆粒，然后將其旋涂到氟摻雜氧化錫玻璃（FTO玻璃）上，通過(guò)加熱干燥得到高性能鋅摻雜氧化鎳薄膜，提高了薄膜透光度及空穴提取效率，進(jìn)而降低了電池串聯(lián)電阻，優(yōu)化了電池光電轉(zhuǎn)換效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鈣鈦礦太陽(yáng)能電池制備的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種鋅摻雜氧化鎳納米顆粒空穴傳輸層反置鈣鈦礦太陽(yáng)能電池及制備方法。

背景技術(shù)

鈣鈦礦太陽(yáng)能電池自2009年第一次報(bào)道以來(lái)，能量轉(zhuǎn)換效率日新月異，由最初的3.8%提升到了22.1%。鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的橫空出世為太陽(yáng)能電池的發(fā)展帶來(lái)了新希望。鈣鈦礦吸光層兩側(cè)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(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率，可見空穴傳輸層的重要性不言而喻。

目前大多數(shù)高光電轉(zhuǎn)換效率的太陽(yáng)能電池所使用的空穴傳輸層為有機(jī)空穴傳輸層（如PEDOT：PSS、PTAA、spiro-OMeTAD等），但是有機(jī)空穴傳輸材料制備工藝復(fù)雜，價(jià)格昂貴，并不滿足大規(guī)模生產(chǎn)的要求。因此，找到替代有機(jī)空穴傳輸層的無(wú)機(jī)材料至關(guān)重要。

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

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)存的技術(shù)不足，提供了一種利用廉價(jià)新材料（氧化鎳）制備的鋅摻雜氧化鎳納米顆粒空穴傳輸層反置鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，改善了電池串聯(lián)電阻，通過(guò)提高空穴提取效率從而優(yōu)化電池性能，為開發(fā)廉價(jià)高效的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池提供了一種新思路。

本發(fā)明還提供了上述太陽(yáng)能電池的制備方法。

為了克服已經(jīng)存在的技術(shù)不足，本發(fā)明的技術(shù)方案為：

本發(fā)明公開了一種鋅摻雜氧化鎳納米顆粒空穴傳輸層反置鈣鈦礦太陽(yáng)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(jìn)行部分刻蝕；（2）、制備鋅摻雜氧化鎳納米顆粒空穴傳輸層；（3）、制備鈣鈦礦體異質(zhì)結(jié)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(yáng)能電池；

所述鋅摻雜氧化鎳納米顆粒空穴傳輸層是采用以下方法制成：將硝酸鋅和硝酸鎳六水合物按比例混合于堿性水溶液（PH=10）中，通過(guò)用去離子水離心3次、80℃干燥8h及275℃煅燒2h得到鋅摻雜氧化鎳納米顆粒，然后將鋅摻雜氧化鎳納米顆粒溶于去離子水與異丙醇的混合溶液中制成鋅摻雜氧化鎳前驅(qū)液，然后2500rmp旋涂前驅(qū)液1min于氟摻雜氧化錫玻璃（FTO玻璃）基板，所得基板放在室溫下自然干燥，即得到鋅摻雜氧化鎳納米顆粒空穴傳輸層。

上述本發(fā)明的反置鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，優(yōu)選的：所述硝酸鋅與硝酸鎳的摩爾比為3-7:97-93，離子水與異丙醇的體積比為4:1，硝酸鋅與硝酸鎳在混合溶劑中的濃度為1M。

上述本發(fā)明的反置鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，優(yōu)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(zhì)結(jié)薄膜的厚度為300nm；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。

上述本發(fā)明的反置鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，優(yōu)選的：所述鋅摻雜氧化鎳納米顆粒的粒徑為30-50nm。

本發(fā)明還公開了一種上述鋅摻雜氧化鎳納米顆粒空穴傳輸層反置鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的制備方法，其特征在于采用以下步驟：