一种非晶氧化镍用于钙钛矿太阳能电池器件

技术领域

本发明属于光伏器件技术领域，具体涉及一种非晶氧化镍用于钙钛矿器件及其方法。

背景技术

早在2006年日本桐荫横滨大学的Miyasaka教授课题组尝试将钙钛矿材料作为光吸收材料用于染料敏化太阳能电池中，他们于2009年首次报道了太阳能转化效率为3-4％的染料敏化钙钛矿太阳能电池(J.Am.Chem.Soc.,2009,131,6050)。接着韩国成均馆大学的Nam-Gyu Park教授课题组通过优化前驱体溶液浓度和退火温度，使能量转化效率提升了近一倍(Nanoscale,2011,3,4088)，而钙钛矿太阳能电池真正得到关注是他们将钙钛矿材料用于类似有机薄膜太阳能电池的全固态结构中，并使得能量转换效率和稳定性得到了大大的提高(Sci.Rep.,2012,2,591)。由于钙钛矿太阳能电池具有原料及制造成本低等显著优势，并且随着相关领域研究力量的大量投入，钙钛矿太阳能电池的能量转换效率在近几年得到了迅速的提高。

这类钙钛矿材料一般具有ABX

目前常见的钙钛矿太阳能电池器件结构包括介孔型、平面型(n-i-p)和平面反型(p-i-n)。当前平面型结构中使用的n型电子传输材料一般是金属氧化物半导体材料，p型空穴传输材料一般是有机空穴传输材料，而使用的有机空穴传输材料因其迁移率较低而往往需要掺杂其它的物质器件才能获得较高的能量转化效率，这限制了其进一步的商业应用。目前在平面反型结构中使用的n型电子传输材料一般是富勒烯及其衍生物，这类材料具有生产成本高、提纯不易等制约其大规模生产的缺点。因而开发低成本大面积稳定的平面型钙钛矿太阳能电池器件及其结构迫在眉睫。

发明内容

为了解决以上现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种使用非晶氧化镍作为钙钛矿太阳能电池器件的空穴传输层。

本发明的另一目的在于提供一种使用非晶氧化镍作为钙钛矿太阳能电池器件的空穴传输层的制备方法。

本发明的另一目的在于提供一种在制备氧化镍薄膜过程中通过通入不同的氧气含量作为钙钛矿太阳能电池器件空穴传输层的制备方法。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种使用非晶氧化镍作为钙钛矿太阳能电池器件的空穴传输层，包括依次层叠的衬底、阳极、电子束蒸镀空穴传输层、钙钛矿光吸收层、电子束蒸镀电子传输层和电子束蒸镀阴极，其结构示意图如图1所示。

所述的衬底为硬性衬底如玻璃、石英、蓝宝石等，以及柔性衬底如聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯对苯二酸脂、聚萘二甲酸乙二醇酯或其它聚酯类材料以及金属、合金或不锈钢薄膜等。

所述的阳极和阴极为金属或者金属氧化物或者聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)(PEDOT：PSS)类及其改性产物；所述的金属优选铝、银镁合金、银、金、钛、铜；所述的金属氧化物优选氧化铟锡(ITO)、掺氟二氧化锡(FTO)、氧化锌(ZnO)和铟镓锌氧化物(IGZO)中的一种或两种以上的组合。

所述的空穴传输层可为单一传输层或包含电子、激子阻挡层的多层情况。

所述钙钛矿光吸收材料的制备材料为共混或者非共混的钙钛矿光吸收材料；钙钛矿材料光吸收层可以为单层或多层修饰层。

所述的电子传输层可为单一传输层或包含空穴、激子阻挡层的多层情况。

所述的阳极与空穴传输层之间还可加入一层阳极缓冲层(又称阳极界面层)；所述阴极与电子传输层之间还可加入一层阴极缓冲层(又称阴极界面层)。

上述制备钙钛矿太阳能电池器件的方法，包括以下步骤：

取带有阳极层的衬底材料，然后在阳极层上依次制备空穴传输层、钙钛矿光吸收层、电子传输层和阴极，得到所述钙钛矿太阳能电池器件。

所述制备的方法包括电子束蒸镀、热蒸镀、刮涂、旋涂、刷涂、喷涂、浸涂、辊涂、印刷或喷墨打印中一种或两种以上相结合的方法。

本发明的制备方法及所得到的器件具有如下优点及有益效果：

(1)本发明所涉及的器件可在室温下大面积制备，利于降低制备器件的成本；

(2)本发明所涉及的器件利用电子束蒸镀氧化镍作为空穴传输层，不需要任何热处理等，为实现大面积低成本制备钙钛矿太阳能电池器件提供了可行的实施方案；

(3)本发明所涉及的器件的电子传输层在室温下制备，无需任何的热处理等，为实现钙钛矿太阳能电池器件提供了可行的实施方案。

(4)本发明所涉及的器件钙钛矿电池空穴传输层和电子传输层都使用的金属氧化物且不需要任何的退火处理及热加工等，这是首次报道空穴传输层和电子传输层都在非晶状态下制备的器件，为光伏器件获得低成本高稳定性提供了可行的实施方案。

(5)本发明所涉及的器件钙钛矿电池能够在室温下制备且获得了较高的能量转化效率，为钙钛矿电池应用于商业化提供了可行的实施方案。

附图说明

图1为本发明利用电子束蒸镀传输层示意图及钙钛矿太阳能电池器件的层叠结构示意图，依次为ITO/NiO

图2为实施例1得到的钙钛矿太阳能电池器件的电流密度-电压特性曲线图；

图3为实施例2得到的钙钛矿太阳能电池器件的电流密度-电压特性曲线图；

图4为实施例3得到的钙钛矿太阳能电池器件的电流密度-电压特性曲线图；

图5为实施例4得到的钙钛矿太阳能电池器件的电流密度-电压特性曲线图；

图6为实施例5得到的钙钛矿太阳能电池器件的电流密度-电压特性曲线图；

图7为实施例6得到的钙钛矿太阳能电池器件的电流密度-电压特性曲线图；

图8为实施例7得到的钙钛矿太阳能电池器件的电流密度-电压特性曲线图；

图9为实施例8得到的钙钛矿太阳能电池器件的电流密度-电压特性曲线图；

图10为实施例9得到的钙钛矿太阳能电池器件的电流密度-电压特性曲线图；

图11为实施例10得到的钙钛矿太阳能电池器件的电流密度-电压特性曲线图；

图12为实施例11得到的钙钛矿太阳能电池器件的电流密度-电压特性曲线图；

图13为实施例12得到的钙钛矿太阳能电池器件的电流密度-电压特性曲线图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

取同批号ITO导电玻璃衬底若干，ITO厚度约为200纳米，其方块电阻约为20欧姆/方块。依次用微米级半导体专用洗涤剂、去离子水、丙酮、异丙醇超声清洗15分钟，以除去衬底表面的污垢。随后放入恒温箱中80摄氏度烘干。随后在常温下用电子束蒸镀的方法在ITO衬底上蒸镀氧化镍(NiO

本实施例得到的钙钛矿太阳能电池器件进行光电性能测试：

器件制备完成后，把器件从蒸镀腔体中取出来。然后在空气中进行测试，测试设备为SAN-ELECTRIC(XES-40S2-CE)太阳光模拟灯，器件电流电压信息由吉时利公司(Keithley)生产的2400电源表测定。通过电流、电压和光强等信息可分别推算出器件的电流密度、填充因子、功率转化效率。

本实施得到的钙钛矿太阳能电池器件：ITO玻璃衬底/NiO

本实施例得到的为高效的钙钛矿太阳能电池器件。在空穴传输层和电子传输层都使用金属氧化物且都是在无任何热处理下，这是首次报道空穴传输层和电子传输层都在非晶状态下制备的钙钛矿电池器件结构，且表现了较高的能量转化效率。

实施例2

制备过程如同实施例1，取同批号ITO导电玻璃衬底若干，ITO厚度约为200纳米，其方块电阻约为20欧姆/方块。依次用微米级半导体专用洗涤剂、去离子水、丙酮、异丙醇超声清洗15分钟，以除去衬底表面的污垢。随后放入恒温箱中80摄氏度烘干。随后在常温下用电子束蒸镀的方法在ITO衬底上蒸镀氧化镍(NiO

本实施例得到的钙钛矿太阳能电池器件进行光电性能测试：

本实施得到的钙钛矿太阳能电池器件：ITO玻璃衬底/NiO

实施例3

制备过程如同实施例1，取同批号ITO导电玻璃衬底若干，ITO厚度约为200纳米，其方块电阻约为20欧姆/方块。依次用微米级半导体专用洗涤剂、去离子水、丙酮、异丙醇超声清洗15分钟，以除去衬底表面的污垢。随后放入恒温箱中80摄氏度烘干。随后在常温下用电子束蒸镀的方法在ITO衬底上蒸镀氧化镍(NiO

本实施例得到的钙钛矿太阳能电池器件进行光电性能测试：

本实施得到的钙钛矿太阳能电池器件：ITO玻璃衬底/NiO

实施例4

制备过程如同实施例1，取同批号ITO导电玻璃衬底若干，ITO厚度约为200纳米，其方块电阻约为20欧姆/方块。依次用微米级半导体专用洗涤剂、去离子水、丙酮、异丙醇超声清洗15分钟，以除去衬底表面的污垢。随后放入恒温箱中80摄氏度烘干。随后在常温下用电子束蒸镀的方法在ITO衬底上蒸镀氧化镍(NiO

本实施例得到的钙钛矿太阳能电池器件进行光电性能测试：

本实施得到的钙钛矿太阳能电池器件：ITO玻璃衬底/NiO

实施例5

制备过程如同实施例1，取同批号ITO导电玻璃衬底若干，ITO厚度约为200纳米，其方块电阻约为20欧姆/方块。依次用微米级半导体专用洗涤剂、去离子水、丙酮、异丙醇超声清洗15分钟，以除去衬底表面的污垢。随后放入恒温箱中80摄氏度烘干。随后在常温下用电子束蒸镀的方法在ITO衬底上蒸镀氧化镍(NiO

本实施例得到的钙钛矿太阳能电池器件进行光电性能测试：

本实施得到的钙钛矿太阳能电池器件：ITO玻璃衬底/NiO

实施例6

制备过程如同实施例1，取同批号ITO导电玻璃衬底若干，ITO厚度约为200纳米，其方块电阻约为20欧姆/方块。依次用微米级半导体专用洗涤剂、去离子水、丙酮、异丙醇超声清洗15分钟，以除去衬底表面的污垢。随后放入恒温箱中80摄氏度烘干。随后在常温下用电子束蒸镀的方法在ITO衬底上蒸镀氧化镍(NiO

本实施例得到的钙钛矿太阳能电池器件进行光电性能测试：

本实施得到的钙钛矿太阳能电池器件：ITO玻璃衬底/NiO

实施例7

制备过程如同实施例1，取同批号ITO导电玻璃衬底若干，ITO厚度约为200纳米，其方块电阻约为20欧姆/方块。依次用微米级半导体专用洗涤剂、去离子水、丙酮、异丙醇超声清洗15分钟，以除去衬底表面的污垢。随后放入恒温箱中80摄氏度烘干。随后在常温下用电子束蒸镀的方法在ITO衬底上蒸镀氧化镍(NiO

本实施例得到的钙钛矿太阳能电池器件进行光电性能测试：

本实施得到的钙钛矿太阳能电池器件：ITO玻璃衬底/NiO

实施例8

制备过程如同实施例1，取同批号ITO导电玻璃衬底若干，ITO厚度约为200纳米，其方块电阻约为20欧姆/方块。依次用微米级半导体专用洗涤剂、去离子水、丙酮、异丙醇超声清洗15分钟，以除去衬底表面的污垢。随后放入恒温箱中80摄氏度烘干。随后在常温下用电子束蒸镀的方法在ITO衬底上蒸镀氧化镍(NiO

本实施例得到的钙钛矿太阳能电池器件进行光电性能测试：

本实施得到的钙钛矿太阳能电池器件：ITO玻璃衬底/NiO

实施例9

制备过程如同实施例1，取同批号ITO导电玻璃衬底若干，ITO厚度约为200纳米，其方块电阻约为20欧姆/方块。依次用微米级半导体专用洗涤剂、去离子水、丙酮、异丙醇超声清洗15分钟，以除去衬底表面的污垢。随后放入恒温箱中80摄氏度烘干。随后在常温下用电子束蒸镀的方法在ITO衬底上蒸镀氧化镍(NiO

本实施例得到的钙钛矿太阳能电池器件进行光电性能测试：

本实施得到的钙钛矿太阳能电池器件：ITO玻璃衬底/NiO

实施例10

制备过程如同实施例1，取同批号ITO导电玻璃衬底若干，ITO厚度约为200纳米，其方块电阻约为20欧姆/方块。依次用微米级半导体专用洗涤剂、去离子水、丙酮、异丙醇超声清洗15分钟，以除去衬底表面的污垢。随后放入恒温箱中80摄氏度烘干。随后在常温下用电子束蒸镀的方法在ITO衬底上蒸镀氧化镍(NiO

本实施例得到的钙钛矿太阳能电池器件进行光电性能测试：

本实施得到的钙钛矿太阳能电池器件：ITO玻璃衬底/NiO

实施例11

制备过程如同实施例1，取同批号ITO导电玻璃衬底若干，ITO厚度约为200纳米，其方块电阻约为20欧姆/方块。依次用微米级半导体专用洗涤剂、去离子水、丙酮、异丙醇超声清洗15分钟，以除去衬底表面的污垢。随后放入恒温箱中80摄氏度烘干。随后在常温下用电子束蒸镀的方法在ITO衬底上蒸镀氧化镍(NiO

本实施例得到的钙钛矿太阳能电池器件进行光电性能测试：

本实施得到的钙钛矿太阳能电池器件：ITO玻璃衬底/NiO

实施例12

制备过程如同实施例1，取同批号ITO导电玻璃衬底若干，ITO厚度约为200纳米，其方块电阻约为20欧姆/方块。依次用微米级半导体专用洗涤剂、去离子水、丙酮、异丙醇超声清洗15分钟，以除去衬底表面的污垢。随后放入恒温箱中80摄氏度烘干。随后在常温下用电子束蒸镀的方法在ITO衬底上蒸镀氧化镍(NiO

本实施例得到的钙钛矿太阳能电池器件进行光电性能测试：

本实施得到的钙钛矿太阳能电池器件：ITO玻璃衬底/NiO

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其它的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。