基于NiO空穴傳輸層的甲胺鉛碘基太陽(yáng)能電池制備方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開(kāi)了一種基于NiO空穴傳輸層的甲胺鉛碘基太陽(yáng)能電池制備方法，包括：將Li2O加入NiO粉末中，并用研缽充分研磨，將兩者均勻混合；將混合粉末加入壓片磨具中并加壓得到靶材胚體；將胚體放入馬弗爐，在空氣中于1000攝氏度燒結(jié)4小時(shí)，自然冷卻至室溫后得到NiO靶材；將NiO靶材和清洗后的導(dǎo)電玻璃襯底固定在真空沉積腔內(nèi)，抽真空至10-4帕；通入氬氣和氧氣的混合氣體；用248nm的氣體激光器轟擊NiO靶材，使NiO氣化并沉積在導(dǎo)電玻璃襯底上；將沉積了NiO導(dǎo)電層的襯底轉(zhuǎn)移到手套箱中，并在其上生長(zhǎng)甲胺鉛碘基光吸收層和n型電子傳輸層；將以上樣品表面用掩膜版覆蓋，轉(zhuǎn)移到熱蒸發(fā)設(shè)備中蒸發(fā)金屬電極。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)屬于新型太陽(yáng)能電池制作
，具體涉及一種可用于甲胺鉛碘基太陽(yáng)能電池的NiO空穴傳輸層的制備方法。
技術(shù)介紹
鈣鈦礦型甲胺鉛碘（CH3NH3PbI3，MAPbI3）太陽(yáng)能電池因具有光電轉(zhuǎn)化效率高、制備簡(jiǎn)單、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，吸引了眾多科研工作者的關(guān)注。五年內(nèi)，其實(shí)驗(yàn)室光電轉(zhuǎn)化效率已由3.8%提高到19.3%，列《Science》評(píng)選的2013年十大科學(xué)突破第七位。盡管該類電池的相關(guān)研究進(jìn)展很快，但仍然存在諸多問(wèn)題，其中空穴傳輸層的成本和穩(wěn)定性問(wèn)題最為突出。目前甲胺鉛碘基新型太陽(yáng)能電池所廣泛采用的空穴傳輸材料是有機(jī)空穴導(dǎo)電層，比如Spiro-OMeTAD。高純Spiro-OMeTAD的價(jià)格是鉑和金的10倍以上！盡管隨著鈣鈦礦型太陽(yáng)能電池的興起，這種有機(jī)半導(dǎo)體材料不斷增大的需求會(huì)降低材料的制備成本，但由于材料制備方法和光伏器件對(duì)材料純度要求的限制，材料的價(jià)格也不會(huì)降低太多。此外，有機(jī)半導(dǎo)體的長(zhǎng)期穩(wěn)定性差，在光照條件下尤為突出，顯然不利于大面積工業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用。因此，用廉價(jià)的高遷移率無(wú)機(jī)半導(dǎo)體（以NiO為代表）代替有機(jī)半導(dǎo)體材料作空穴傳輸層制備低成本、長(zhǎng)期穩(wěn)定的高效率全無(wú)機(jī)鈣鈦礦型MAPbI3基太陽(yáng)能電池是一項(xiàng)充滿挑戰(zhàn)的工作。NiO作為空穴傳輸層，需要具有優(yōu)良的空穴傳輸性能，而空穴傳輸性能的好壞由摻雜劑的濃度直接決定。在目前的NiO薄膜的制備方法中，最為常用的是溶膠凝膠法和磁控濺射法，這兩種方法制備的薄膜往往存在薄膜結(jié)晶質(zhì)量較差或摻雜濃度低且難以控制等問(wèn)題。因此,需要提供一種新型的太陽(yáng)能電池的制備方法來(lái)提高太陽(yáng)能電池整體的利用效率。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本專利技術(shù)的目的是提供一種基于NiO空穴傳輸層的甲胺鉛碘基太陽(yáng)能電池制備方法，用此方法制備的薄膜晶體質(zhì)量高、載流子濃度達(dá)到1020以上；用此方法制備的NiO薄膜做成的鈣鈦礦型甲胺鉛碘基薄膜太陽(yáng)能電池的效率可以達(dá)到10%。一種基于NiO空穴傳輸層的甲胺鉛碘基太陽(yáng)能電池制備方法，所述甲胺鉛碘基太陽(yáng)能電池制備方法的制作包括以下步驟：S1，將Li2O加入NiO粉末中，并用研缽充分研磨，將兩者均勻混合；將混合粉末加入壓片磨具中并加壓得到靶材胚體；將胚體放入馬弗爐，在空氣中于1000攝氏度燒結(jié)4小時(shí)，自然冷卻至室溫后得到NiO靶材；S2，將NiO靶材和清洗后的導(dǎo)電玻璃襯底固定在真空沉積腔內(nèi)，抽真空至10-4帕；通入氬氣和氧氣的混合氣體；用248nm的氣體激光器轟擊NiO靶材，使NiO氣化并沉積在導(dǎo)電玻璃襯底上；S3，將沉積了NiO導(dǎo)電層的襯底轉(zhuǎn)移到手套箱中，并在其上生長(zhǎng)甲胺鉛碘基光吸收層和n型電子傳輸層；將以上樣品表面用掩膜版覆蓋，轉(zhuǎn)移到熱蒸發(fā)設(shè)備中蒸發(fā)金屬電極。優(yōu)選地，所述步驟S1具體為：稱取0.149克Li2O粉末和7.47克NiO粉末，放入瑪瑙研缽中充分混合并研磨20分鐘，使兩者均勻混合，將研磨好的混合粉末倒入壓片磨具中，放到壓片機(jī)加5MPa壓力并保持10分鐘后取出靶材胚體，將靶材胚體放入馬弗爐中，以每分鐘5攝氏度的速率加熱到1000攝氏度并保溫4小時(shí)進(jìn)行燒結(jié)，然后自然冷到室溫，得到NiO的靶材。優(yōu)選地，所述步驟S2具體為：將NiO靶材和清洗后的導(dǎo)電玻璃襯底固定在真空沉積腔內(nèi)，用機(jī)械泵和分子泵抽真空至10-4帕后通入氬氣和氧氣的混合氣體，使腔內(nèi)壓力保持在10mTorr。用248nm的KrF氣體脈沖激光器轟擊NiO靶材1000個(gè)脈沖，使NiO氣化并沉積在導(dǎo)電玻璃襯底上，其中氧氣的含量從0%到100%，襯底溫度從室溫到400度可調(diào)。優(yōu)選地，所述步驟S3具體為：將在沉積腔中取出的襯底轉(zhuǎn)移到手套箱中，用一步或兩步液相法生長(zhǎng)甲胺鉛碘基光吸收層，光吸收層的成分可以調(diào)節(jié)并改變太陽(yáng)能電池的光譜響應(yīng)范圍；在手套箱中旋涂n型電子傳輸層，例如PCBM或用PLD法生長(zhǎng)AZO電子傳輸層；最后，在生長(zhǎng)完n型層的樣品表面覆蓋掩模板，并轉(zhuǎn)移到熱蒸發(fā)沉積腔中沉積80nm金或者銀薄膜；金屬薄膜沉積完畢后去除掩模板，最終得到薄膜太陽(yáng)能電池。本專利技術(shù)的技術(shù)方案具有以下有益效果：本專利技術(shù)提供一種基于NiO空穴傳輸層的甲胺鉛碘基太陽(yáng)能電池制備方法，通過(guò)控制脈沖激光沉積的沉積參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)p型NiO薄膜電學(xué)和光學(xué)性能的調(diào)節(jié)，取代現(xiàn)有技術(shù)中的有機(jī)空穴傳輸層，降低了電池的制備成本，提高電池的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。用此方法制備的薄膜晶體質(zhì)量高、載流子濃度達(dá)到1020以上，用此方法制備的NiO薄膜做成的鈣鈦礦型甲胺鉛碘基薄膜太陽(yáng)能電池的效率可以達(dá)到10%。附圖說(shuō)明下面通過(guò)附圖和實(shí)施例，對(duì)本專利技術(shù)的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。圖1是本專利技術(shù)基于NiO空穴傳輸層的甲胺鉛碘基太陽(yáng)能電池制備方法的流程框圖。具體實(shí)施方式為了清楚了解本專利技術(shù)的技術(shù)方案，將在下面的描述中提出其詳細(xì)的結(jié)構(gòu)。顯然，本專利技術(shù)實(shí)施例的具體施行并不足限于本領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟習(xí)的特殊細(xì)節(jié)。本專利技術(shù)的優(yōu)選實(shí)施例詳細(xì)描述如下，除詳細(xì)描述的這些實(shí)施例外，還可以具有其他實(shí)施方式。下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本專利技術(shù)做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。本實(shí)施例提供一種采用脈沖激光沉積法制備的NiO薄膜作為p型導(dǎo)電層組裝的甲胺鉛碘基新型薄膜太陽(yáng)能電池，其中NiO薄膜取代傳統(tǒng)有機(jī)導(dǎo)電層，可降低制備成本、提高電池的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。所述NiO薄膜的電學(xué)和光學(xué)性能可以通過(guò)脈沖激光沉積的各個(gè)沉積參數(shù)進(jìn)行調(diào)控，有利于采用多種措施改善電池的性能。（1）首先將透明導(dǎo)電襯底置于飽和NaOH的乙醇溶液中超聲15分鐘，用去離子水漂洗后，再用去離子水超聲15分鐘，用壓縮氣體吹干備用。稱取0.149克氧化鋰粉末和7.47克氧化鎳粉末，加入瑪瑙研缽中充分混合，并研磨20分鐘，使兩者混合均勻。將研磨好的混合粉末倒入壓片磨具中，放到壓片機(jī)加5MPa壓力并保持10分鐘后取出靶材胚體。將靶材胚體放入馬弗爐中，以每分鐘5攝氏度的速率加熱到1000攝氏度并保溫4小時(shí)，然后自然冷卻到室溫，得到NiO的靶材。（2）將NiO靶材和清洗后的導(dǎo)電玻璃襯底固定在真空沉積腔內(nèi)，用機(jī)械泵和分子泵抽真空至10-4帕后通入氬氣和氧氣的混合氣體，使腔內(nèi)壓力保持在10mTorr。用248nm的KrF氣體脈沖激光器轟擊NiO靶材1000個(gè)脈沖，使NiO氣化并沉積在導(dǎo)電玻璃襯底上。其中氧氣的含量從0%到100%，襯底溫度從室溫到400度可調(diào)。（3）將在沉積腔中取出的襯底轉(zhuǎn)移到手套箱中，用一步或兩步液相法生長(zhǎng)甲胺鉛碘基光吸收層，光吸收層的成分可以調(diào)節(jié)并改變太陽(yáng)能電池的光譜響應(yīng)范圍；在手套箱中旋涂n型電子傳輸層，例如PCBM或用PLD法生長(zhǎng)AZO電子傳輸層。最后，在生長(zhǎng)完n型層的樣品表面覆蓋掩模板，并轉(zhuǎn)移到熱蒸發(fā)沉積腔中沉積80nm金或者銀薄膜。金屬薄膜沉積完畢后去除掩模板，最終得到薄膜太陽(yáng)能電池。本專利技術(shù)提供一種基于NiO空穴傳輸層的甲胺鉛碘基太陽(yáng)能電池制備方法，通過(guò)控制脈沖激光沉積的沉積參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)p型NiO薄膜電學(xué)和光學(xué)性能的調(diào)節(jié)，取代現(xiàn)有技術(shù)中的有機(jī)空穴傳輸層，降低了電池的制備成本，提高電池的長(zhǎng)期穩(wěn)本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
基于NiO空穴傳輸層的甲胺鉛碘基太陽(yáng)能電池制備方法，其特征在于，所述甲胺鉛碘基太陽(yáng)能電池制備方法的制作包括以下步驟：S1，將Li2O加入NiO粉末中，并用研缽充分研磨，將兩者均勻混合；將混合粉末加入壓片磨具中并加壓得到靶材胚體；將胚體放入馬弗爐，在空氣中于1000攝氏度燒結(jié)4小時(shí)，自然冷卻至室溫后得到NiO靶材；S2，將NiO靶材和清洗后的導(dǎo)電玻璃襯底固定在真空沉積腔內(nèi)，抽真空至10?4帕；通入氬氣和氧氣的混合氣體；用248nm的氣體激光器轟擊NiO靶材，使NiO氣化并沉積在導(dǎo)電玻璃襯底上；S3，將沉積了NiO導(dǎo)電層的襯底轉(zhuǎn)移到手套箱中，并在其上生長(zhǎng)甲胺鉛碘基光吸收層和n型電子傳輸層；將以上樣品表面用掩膜版覆蓋，轉(zhuǎn)移到熱蒸發(fā)設(shè)備中蒸發(fā)金屬電極。

【技術(shù)特征摘要】
1.基于NiO空穴傳輸層的甲胺鉛碘基太陽(yáng)能電池制備方法，其特征在于，所述甲胺鉛碘基太陽(yáng)能電池制備方法的制作包括以下步驟：
S1，將Li2O加入NiO粉末中，并用研缽充分研磨，將兩者均勻混合；將混合粉末加入壓片磨具中并加壓得到靶材胚體；將胚體放入馬弗爐，在空氣中于1000攝氏度燒結(jié)4小時(shí)，自然冷卻至室溫后得到NiO靶材；
S2，將NiO靶材和清洗后的導(dǎo)電玻璃襯底固定在真空沉積腔內(nèi)，抽真空至10-4帕；通入氬氣和氧氣的混合氣體；用248nm的氣體激光器轟擊NiO靶材，使NiO氣化并沉積在導(dǎo)電玻璃襯底上；
S3，將沉積了NiO導(dǎo)電層的襯底轉(zhuǎn)移到手套箱中，并在其上生長(zhǎng)甲胺鉛碘基光吸收層和n型電子傳輸層；將以上樣品表面用掩膜版覆蓋，轉(zhuǎn)移到熱蒸發(fā)設(shè)備中蒸發(fā)金屬電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于NiO空穴傳輸層的甲胺鉛碘基太陽(yáng)能電池制備方法，其特征在于，所述步驟S1具體為：
稱取0.149克Li2O粉末和7.47克NiO粉末，放入瑪瑙研缽中充分混合并研磨20分鐘，使兩者均勻混合，將研磨好的混合粉末倒入壓片磨具中，放到壓片機(jī)加5MPa壓力并保持10分鐘后取出靶材胚體，將靶材胚體放入馬弗爐中，以每分...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：鞏海波，黃濤，張永興，張永杰，向朝玉，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：新疆中興能源有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：新疆;65