CN105280821A - 一种低温制备铜掺杂氧化镍薄膜的方法 - Google Patents

一种低温制备铜掺杂氧化镍薄膜的方法 Download PDF

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杨一行
章婷
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Abstract

本发明公开了一种低温制备铜掺杂氧化镍薄膜的方法。该方法首先通过溶液方法制备得到掺铜的氧化镍纳米颗粒。其制备为将铜和镍的反应前驱物，硬脂酸镍和硬脂酸铜十八醇和十八烯按比例反应，并通过加入乙醇和乙酸乙酯的混合液得到沉淀并提纯。通过该方法制备得到的铜掺杂的氧化镍纳米颗粒能够均匀分散在有机溶剂中，可以通过旋涂等方法制备氧化镍薄膜。该氧化镍薄膜不仅制备方法简单，价格低廉，并其能级结构能够通过简单的改变铜的掺杂比例获得。因此，该掺杂氧化镍薄膜能够广泛使用在薄膜太阳能电池和发光二极管中作为有效的空穴传输材料以提高其性能和器件寿命。

Description

一种低温制备铜掺杂氧化镍薄膜的方法
技术领域
本发明属于纳米材料合成领域，涉及到一种制备Cu掺杂的NiO纳米粒子界面材料的制备方法。
背景技术
日前有机太阳能电池(OPV),无机薄膜太阳能电池(比如：铜铟镓硒(CIGS)和钙钛矿(perovskite)太阳能电池)，有机发光二极管(OLED)和量子点发光二极管(QLED)都取得了很大的进展。在这些取得很好器件性能的光电器件中，大多都使用了polymer和小分子聚合物作为空穴传输层(HTL)，比如poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(4-styrenesulfonate)(PEDOT:PSS)、poly-triarylaminederivatives,poly-diketopyrrolopyrrolederivatives,and2,2′,7,7′-tetrakis(N,N′-di-p-methoxyphenylamine)-9,9′-spirobifluorene(spiro-OMeTAD)等。与有机材料相比，却很少有人关注无机HTL的发展。
在很多的p型的无机HTL中，氧化镍引起了很大的关注。因为氧化镍具有一个很宽带隙和很深的价带(5.4eV),其在很多光电器件中被广泛用作空穴传输层。而且具有很多其他的优势，比如具有一个很好能级结构排列和很好的环境稳定性。
Jeng等人2013年在Adv.Mater上就报道过使用氧化镍作为HTL，制备得到的solarcell效率高达10％；Zhu等人2014年在Angew.Chem.Int.Ed.杂志上也报道了使用氧化镍作为HTL，得到较高的器件效率。由此可见这些结果证明了使用氧化镍替代PEDOT:PSS的可能性，既避免了PEDOT:PSS本身所具有的酸性和易吸水的特性。
最近又有杂志报道使用掺杂的氧化镍来改变其能级结构，然后使其具有更好的能级匹配。MingYang在2011年报道中提到，使用pulsedplasmadeposition的方法制备的得到Cu掺杂的NiO并制备成器件；2014年KyungHoKim等人使用sol–gel的方法制备得到Cu掺杂的NiO薄膜，并研究了其物理和化学特性；同年JongH.Kim等人通过溶液法制备得到了Cu掺杂的NiO并制备成器件取得较高的效率。以上实验都是通过物理方法或者溶液法制备得到Cu-NiO,都没有得到可以分散的氧化镍纳米粒子界面材料。
因此，需找一种简单的能够制备得到Cu掺杂的氧化镍纳米粒子界面材料仍是迫切需要解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的问题：克服目前制备的氧化镍界面材料存在的制备方法复杂，反应温度过高，无法形成单分散溶液等缺陷。提供一种通过简单的方法制备可分散的Cu掺杂的氧化镍；通过控制掺杂的比例可以调节氧化镍的能级，使得掺杂的氧化镍具有更好的能级匹配。
本发明的目的是采用下述技术方案实现的：
一种Cu掺杂的氧化镍纳米粒子界面材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)硬脂酸镍、硬脂酸铜十八醇和十八烯加入三口烧瓶并在氩气保护下80℃排气30min；
(2)然后加热到235℃并保持此温度3h；
(3)通过加入乙醇和乙酸乙酯的混合液得到沉淀，然后通过分散和沉淀进一步提纯。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。
附图说明
图1为本发明可以使用的薄膜太阳能电池和发光二极管的正型结构(空穴通过透明电极传输以及电子通过金属电极传输)示意图；图2为本发明可以使用的薄膜太阳能电池和发光二极管的反型结构(空穴通过金属电极传输以及电子通过透明电极传输)示意图。
具体实施方式
(1)硬脂酸镍、硬脂酸铜十八醇和十八烯加入三口烧瓶并在氩气保护下80℃排气30min；
(2)然后加热到235℃并保持此温度3h；
(3)通过加入乙醇和乙酸乙酯的混合液得到沉淀，然后通过分散和沉淀进一步提纯；
(4)将提纯得到的氧化镍配制成一定浓度，使用旋涂的方法形成均一的薄膜，并在130℃下退火，然后在进行UVO处理；
(5)然后制备成附图1和2所示的器件结构
以上对本发明实施例所提供的一种制备能级可调控的Cu掺杂的氧化镍薄膜进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制，凡依本发明设计思想所做的任何改变都在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种通过简单的方法制备可分散的Cu掺杂的氧化镍纳米粒子，并利用溶液法制备铜掺杂的氧化镍薄膜；其特征在于：
Cu掺杂的氧化镍纳米粒子制备方法简单，易分散在有机溶剂中；
可以通过溶液法制备氧化镍薄膜；
该氧化镍的能级能够简单地通过调节Cu的掺杂比例实现；
该Cu掺杂氧化镍薄膜能广泛应用在薄膜光电子器件中。
2.根据权利要求1所述的Cu掺杂的氧化镍纳米粒子，其特征在于：通过将镍和铜的同类型的前驱物和十八醇以及十八烯混合反应，并利用乙醇和乙酸乙酯的混合液沉淀和提纯，并均匀分散在有机溶剂中。
3.根据权利要求2所述的Cu掺杂的氧化镍纳米粒子的合成方法，其特征在于：所使用的镍和铜的同类型的前驱物包括硬脂酸镍-硬脂酸铜、醋酸镍-醋酸铜等含有相同有机配体的金属配合物。
4.根据权利要求2所述的Cu掺杂的氧化镍纳米粒子的合成方法，其特征在于：合成的Cu掺杂的氧化镍纳米粒子的尺寸为10-100nm；其分散剂包括甲苯、氯苯、氯仿、二甲苯、辛烷等一种或多种溶剂中。
5.根据权利要求2所述的Cu掺杂的氧化镍纳米粒子的合成方法，其特征在于：合成的Cu掺杂的氧化镍纳米粒子中铜的掺杂比例为0.1％-20％。
6.根据权利要求1所述的Cu掺杂的氧化镍薄膜的制备，其特征在于：Cu掺杂的氧化镍薄膜的溶液法制备方法包括旋涂法、喷涂法和刮刀法等溶液制膜法，其膜厚为5–200nm。
7.根据权利要求1所述的Cu掺杂的氧化镍薄膜能使用在薄膜光电子器件中，其特征在于：该掺Cu氧化镍薄膜作为有效的空穴传输材料，其能级能够通过调控Cu的掺杂比例来改变，以适合不同的薄膜光电子器件。该薄膜光电子器件包括：有机太阳能电池，无机薄膜太阳能电池，有机/无机杂化太阳能电池，有机发光二极管以及无机量子点发光二极管等。
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