CN106803535A - 一种钙钛矿太阳电池空穴传输层的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种钙钛矿太阳电池空穴传输层的制备方法。本发明属于钙钛矿电池技术领域。一种钙钛矿太阳电池空穴传输层的制备方法，包括工艺过程：(1)制备氧化镍纳米片分散液：以氧化镍纳米片为基元，分散在去离子水、甲醇、乙醇、甲酰胺、N,N‑二甲基甲酰胺、二甲亚砜、N‑甲基吡咯烷酮、乙二醇或乙二胺中的一种或几种，得到浓度为1‑100mg/mL的氧化镍纳米片分散液；(2)制备氧化镍纳米片薄膜：将氧化镍纳米片分散液以旋涂法涂覆到导电玻璃上，形成氧化镍纳米片薄膜；(3)热处理得到空穴传输层：在300‑600℃空气或氧气气氛中热处理30‑60min，自然冷却后获得厚度为10‑200nm的空穴传输层。本发明具有结晶度高、缺陷少、空穴传输速率高、光电性能良好等优点。
Description
技术领域
本发明属于钙钛矿电池技术领域，特别是涉及一种钙钛矿太阳电池空穴传输层的制备方法。
背景技术
目前，钙钛矿太阳电池是由敏化太阳电池衍生发展起来的一种新型太阳电池，具有低成本，制备工艺简单，高效率等性能，因此具有良好应用前景，将来有望成为硅基太阳电池有力竞争者。钙钛矿太阳电池空穴传输层一般用有机小分子或聚合物空穴传输材料构建，存在价格昂贵、空穴传输速率低，稳定性差，影响其长期稳定性和实用化开发等技术问题。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种钙钛矿太阳电池空穴传输层的制备方法。
本发明的目的是提供一种具有结晶度高、缺陷少、空穴传输速率高、光电性能良好等特点的钙钛矿太阳电池空穴传输层的制备方法。
本发明在经过一系列的研究和试验基础上，开发出一种钙钛矿太阳电池空穴传输层的制备方法。无机材料与有机材料相比最大的特点是稳定性高。而采用氧化镍超薄膜制备的空穴传输层在钙钛矿太阳电池中的应用已经展示出良好的光电性能，由于氧化镍纳米片交叠性好，膜厚可控性好，以氧化镍纳米片为基元构建的空穴传输层比传输纳米颗粒或溶胶凝胶法制备的超薄膜缺陷少，结晶度高，具有更好的性能。
本发明以氧化镍纳米片为基元，分散在去离子水、甲醇、乙醇、甲酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、二甲亚砜、N-甲基吡咯烷酮、乙二醇、乙二胺等中的至少一种，得到浓度为1-100mg/mL的氧化镍纳米片分散液；将氧化镍纳米片分散液以旋涂法1000转/min-8000转/min均匀涂覆到导电玻璃上，形成氧化镍纳米片薄膜，再经300-600℃空气或氧气氛中热处理30-60min，自然冷却后获得厚度为10-200nm的空穴传输层。
氧化镍纳米片厚度为1-10nm，大小为0.5-5μm2。氧化镍纳米片采用市售的镍金属纳米片为原料，以100-500mg/mL的浓度分散在去离子水中，室温放置5-10天让其缓慢氧化，生成非晶氧化镍纳米片，涂膜后热处理过程再使其晶化烧结成多晶氧化镍纳米片薄膜。
本发明钙钛矿太阳电池空穴传输层的制备方法所采取的技术方案是：
一种钙钛矿太阳电池空穴传输层的制备方法，其特点是：钙钛矿太阳电池空穴传输层的制备方法包括以下工艺过程：
(1)制备氧化镍纳米片分散液
以氧化镍纳米片为基元，分散在去离子水、甲醇、乙醇、甲酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、二甲亚砜、N-甲基吡咯烷酮、乙二醇或乙二胺中的一种或几种，得到浓度为1-100mg/mL的氧化镍纳米片分散液；
(2)制备氧化镍纳米片薄膜
将氧化镍纳米片分散液以旋涂法涂覆到导电玻璃上，形成氧化镍纳米片薄膜；
(3)热处理得到空穴传输层
在300-600℃空气或氧气气氛中热处理30-60min，自然冷却后获得厚度为10-200nm的空穴传输层。
本发明钙钛矿太阳电池空穴传输层的制备方法还可以采用如下技术方案：
所述的钙钛矿太阳电池空穴传输层的制备方法，其特点是：制备氧化镍纳米片薄膜时，将氧化镍纳米片分散液以旋涂法1000－8000转/min均匀涂覆到导电玻璃上形成氧化镍纳米片薄膜。
所述的钙钛矿太阳电池空穴传输层的制备方法，其特点是：氧化镍纳米片厚度为1-10nm，面积为0.5-5μm2。
所述的钙钛矿太阳电池空穴传输层的制备方法，其特点是：氧化镍纳米片采用市售的镍金属纳米片为原料，以100-500mg/mL的浓度分散在去离子水中，室温放置5-10天让其缓慢氧化，生成非晶氧化镍纳米片，涂膜后热处理过程再使其晶化烧结成多晶氧化镍纳米片薄膜。
本发明具有的优点和积极效果是：
钙钛矿太阳电池空穴传输层的制备方法由于采用了本发明全新的技术方案，与现有技术相比，本发明以镍金属纳米片为原料，在去离子水中缓慢氧化，可获得分散性好的非晶氧化镍纳米片；具有氧化镍纳米片大小及厚度适中的优点，有利于制备超薄膜及有效控制膜厚，同时各纳米片能相互交叠在一起，减少缺陷及形成连续的空穴传输通道，可大幅提高钙钛矿太阳电池稳定性，同时获得较高光电性能。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹列举以下实施例，并详细说明如下：
实施例1
一种钙钛矿太阳电池空穴传输层的制备方法，包括以下工艺过程：
1.制备氧化镍纳米片分散液
以氧化镍纳米片为基元，分散在甲醇中，得到浓度为20mg/mL的氧化镍纳米片分散液；
2.制备氧化镍纳米片薄膜
将氧化镍纳米片分散液以旋涂法2000转/min均匀涂覆到导电玻璃上，形成氧化镍纳米片薄膜；
3.热处理得到空穴传输层
在400℃空气或氧气气氛中热处理40min，自然冷却后获得厚度为100nm的空穴传输层。
氧化镍纳米片厚度为5nm，面积为3μm2。氧化镍纳米片采用市售的镍金属纳米片为原料，以200mg/mL的浓度分散在去离子水中，室温放置6天让其缓慢氧化，生成非晶氧化镍纳米片，涂膜后热处理过程再使其晶化烧结成多晶氧化镍纳米片薄膜。
实施例2
一种钙钛矿太阳电池空穴传输层的制备方法，包括以下工艺过程：
第一，氧化镍纳米片的合成：将市售纯度为99.9％的金属镍纳米片在超声振荡下分散在去离子水中，形成浓度为5mg/mL的分散液；将此分散液静置于空气中10天，金属镍纳米片缓慢氧化成浅绿色氧化镍纳米片。
第二，将上述氧化镍纳米片超声振荡5h，之后取1mL上述氧化镍纳米片的去离子水分散液滴到清洗干净的面积为1cm×1cm的导电玻璃上，置于旋涂机中6000转/分旋涂1min，在导电玻璃上涂覆形成氧化镍纳米片薄膜。
第三，将涂覆有氧化镍纳米片薄膜的导电玻璃置于500℃马弗炉中，在空气氛下热处理60min，并在空气氛中自然冷却，获得厚度为10-20nm的氧化镍纳米片空穴传输层。
本实施例氧化镍纳米片厚度为10nm，大小为5μm2，由市售金属镍纳米片在去离子水中缓慢氧化获得。分散溶剂的纯度均为分析纯以上。
通过旋涂法在导电玻璃上涂氧化镍纳米片分散液时，通过调节氧化镍纳米片分散液的浓度、旋涂转速和旋涂次数来控制氧化镍纳米片膜的厚度。
实施例3
一种钙钛矿太阳电池空穴传输层的制备方法，通过如下步骤实现：
第一，氧化镍纳米片的合成：将市售纯度为99.9％的金属镍纳米片在超声振荡下分散在去离子水中，形成浓度为25mg/mL的分散液；将此分散液静置于空气中10天，金属镍纳米片缓慢氧化成浅绿色氧化镍纳米片。
第二，将上述氧化镍纳米片超声振荡10h，再至于磁力搅拌器下1000转/分搅拌10h，之后取1mL上述氧化镍纳米片的去离子水分散液滴到清洗干净的面积为1cm×1cm的导电玻璃上，置于旋涂机中5000转/分旋涂1min，在导电玻璃上涂覆形成氧化镍纳米片薄膜。
第三，将涂覆有氧化镍纳米片薄膜的导电玻璃置于500℃马弗炉中，在氧气氛下热处理60min，并在空气氛中自然冷却，获得厚度为80-120nm的氧化镍纳米片空穴传输层。
本实施例氧化镍纳米片厚度为2nm，面积为2μm2，由市售金属镍纳米片在去离子水中缓慢氧化获得。分散溶剂的纯度均为分析纯以上。
通过旋涂法在导电玻璃上涂氧化镍纳米片分散液时，通过调节氧化镍纳米片分散液的浓度、旋涂转速和旋涂次数来控制氧化镍纳米片膜的厚度。
本实施例以镍金属纳米片为原料，在去离子水中缓慢氧化，可获得分散性好的非晶氧化镍纳米片；具有氧化镍纳米片大小及厚度适中的优点，有利于制备超薄膜及有效控制膜厚，同时各纳米片能相互交叠在一起，减少缺陷及形成连续的空穴传输通道，可大幅提高钙钛矿太阳电池稳定性，同时获得较高光电性能。
Claims (4)
1.一种钙钛矿太阳电池空穴传输层的制备方法，其特征是：
钙钛矿太阳电池空穴传输层的制备方法包括以下工艺过程：
(1)制备氧化镍纳米片分散液
以氧化镍纳米片为基元，分散在去离子水、甲醇、乙醇、甲酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、二甲亚砜、N-甲基吡咯烷酮、乙二醇或乙二胺中的一种或几种，得到浓度为1-100mg/mL的氧化镍纳米片分散液；
(2)制备氧化镍纳米片薄膜
将氧化镍纳米片分散液以旋涂法涂覆到导电玻璃上，形成氧化镍纳米片薄膜；
(3)热处理得到空穴传输层
在300-600℃空气或氧气气氛中热处理30-60min，自然冷却后获得厚度为10-200nm的空穴传输层。
2.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳电池空穴传输层的制备方法，其特征是：制备氧化镍纳米片薄膜时，将氧化镍纳米片分散液以旋涂法1000－8000转/min均匀涂覆到导电玻璃上形成氧化镍纳米片薄膜。
3.根据权利要求1或2所述的钙钛矿太阳电池空穴传输层的制备方法，其特征是：氧化镍纳米片厚度为1-10nm，面积为0.5-5μm2。
4.根据权利要求3所述的钙钛矿太阳电池空穴传输层的制备方法，其特征是：氧化镍纳米片采用市售的镍金属纳米片为原料，以100-500mg/mL的浓度分散在去离子水中，室温放置5-10天让其缓慢氧化，生成非晶氧化镍纳米片，涂膜后热处理过程再使其晶化烧结成多晶氧化镍纳米片薄膜。
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