[發(fā)明專利]用于鈣鈦礦電池中空穴傳輸層氧化鎳薄膜制備方法及其應用

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• 申請日: 2020-12-18
• 公開（公告）號: CN112614940A
• 公開（公告）日: 2021-04-06
• 發(fā)明（設計）人: 陳瑞
• 申請（專利權）人: 無錫極電光能科技有限公司
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/44;H01L51/46;H01L51/48
• 代理公司: 北京清亦華知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 周慧云

本發(fā)明公開了一種用于鈣鈦礦電池中空穴傳輸層氧化鎳薄膜的制備方法及其應用。其中，制備用于鈣鈦礦電池中空穴傳輸層氧化鎳薄膜的方法包括：(1)提供基底和前驅(qū)液，所述前驅(qū)液含有鎳源和氧化劑；(2)將所述基底懸浮于所述前驅(qū)液上方，使所述基底的導電面與所述前驅(qū)液接觸，并進行化學浴沉積，以便在所述基底的導電面形成氧化鎳薄膜前體；(3)對步驟(2)所得產(chǎn)品進行退火處理，得到所述氧化鎳薄膜。該方法可以大面積制備得到均一致密、且厚度薄的氧化鎳薄膜，適于工業(yè)化生產(chǎn)應用。

技術領域

本發(fā)明涉及太陽能電池領域，具體而言，本發(fā)明涉及用于鈣鈦礦電池中空穴傳輸層氧化鎳薄膜制備方法及其應用。

背景技術

短短十年內(nèi)，基于金屬鹵化物的鈣鈦礦太陽能電池轉(zhuǎn)化效率就從最初的3.8％上升到25.2％，超過其他類型的薄膜太陽能電池，且仍有上升趨勢，與電池理論效率值33％距離慢慢縮小，同時，穩(wěn)定性也大大地提升。因此，電池也從實驗室慢慢走向工業(yè)化，然而，目前認證的大面積鈣鈦礦電池及組件的效率依然不高，和小面積電池效率差距明顯。

鈣鈦礦太陽能電池主要有NIP正式和PIN反式兩種結構。反式結構的鈣鈦礦電池具有回滯小、成本低、穩(wěn)定性高等優(yōu)勢，更適合工業(yè)化生產(chǎn)。反式鈣鈦礦電池中，常用的空穴傳輸材料包括有機PEDOT:PSS、PTAA、Poly-TPD、P3HT等和無機CuO、CuS、CuSCN、NiO等，無機材料較有機材料更穩(wěn)定、價更低、商業(yè)化更容易。其中，氧化鎳具有能級位置與鈣鈦礦匹配、遷移率高、制備方法多樣等優(yōu)點，在反式鈣鈦礦電池中受到大量關注。

目前，大面積氧化鎳制備方法主要有磁控濺射法、原子層沉積法、電化學沉積法、噴霧熱解法和化學水浴沉積法。其中，磁控濺射法、原子層沉積法、電化學沉積法得到的薄膜質(zhì)量好，可控性高，但是磁控濺射和原子層沉積法這類真空工藝，設備造價昂貴，工藝能耗高，而電化學沉積法工藝放大后，對鎳電極的大面積均一性要求高，也會帶來成本的增加；噴霧熱解法對原材料的利用率低，也不是大面積工業(yè)化制備的最佳選擇；化學水浴沉積法設備簡易、溶劑環(huán)保、工藝簡單，是一種較好的工業(yè)化生產(chǎn)方法；但是，現(xiàn)有鈣鈦礦電池中有關化學水浴沉積氧化鎳的技術報道少之又少，且都是應用在小面積電池。由此可見，采用化學水浴沉積制備氧化鎳(NiO_x)薄膜，可以獲得不錯的器件效率，但是都是在小面積電池上實現(xiàn)的。因此，本領域亟需開發(fā)一種化學水浴沉積制備大面積均一致密NiO_x膜層的工藝方法，滿足大面積鈣鈦礦組件的工藝需求。

目前本領域中化學水浴沉積法所得到的氧化鎳薄膜厚度在100nm以上，是介孔型薄膜形貌。首先，所獲得的NiO_x薄膜太厚，會引起串聯(lián)電阻的增加，不利于電荷的有效抽取。其次，介孔型NiO_x薄膜表面粗糙度大，不利于后續(xù)鈣鈦礦薄膜的沉積，難以獲得高質(zhì)量的鈣鈦礦膜層。因此，如何通過化學浴沉積獲得均勻、致密、同時厚度薄的薄膜，是一個技術難點。另一方面，目前現(xiàn)有技術都是在燒杯或表面皿中進行的小面積NiO_x化學浴沉積，化學浴沉積會在基片的兩面都沉積上NiO_x物質(zhì)，而玻璃背面的NiO_x會影響透光率，從而降低器件效率。目前小面積電池做法在背面用膠帶遮擋，來避免背面的沉積，這在大面積工業(yè)化連續(xù)生產(chǎn)中，是不可行的。因此，如何開發(fā)大面積的NiO_x化學浴沉積工藝，并且避免背面沉積，是目前的一個技術難點。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。為此，本發(fā)明的目的在于提出用于鈣鈦礦電池中空穴傳輸層氧化鎳薄膜制備方法及其應用。其中，制備用于鈣鈦礦電池中空穴傳輸層氧化鎳薄膜的方法可以大面積制備得到均一致密、且厚度薄的氧化鎳薄膜，適于工業(yè)化生產(chǎn)應用。