CN117026179A - 一种用于钙钛矿的氧化镍靶材及钙钛矿电池 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于钙钛矿的氧化镍靶材及钙钛矿电池，包括以下步骤：步骤一、制备氧化镍粉体颗粒；步骤二、将氧化镍粉体颗粒经等离子喷涂于基体材料上获得靶材；本发明在钙钛矿结构中，将氧化镍作为电子传输层以替代常用的氧化锡、氧化钛等，氧化镍性质稳定，但本身是不导电的，通过添加氧化镍粉末，前段制备工艺中是做成失氧态的，并加入纯镍粉，进一步提高导电性能，最终得到的用于钙钛矿的氧化镍靶材密度大、电阻率低、导电性好，提高钙钛矿电池的使用效率和稳定性，其电池的转化效率达到23.7%。
Description
技术领域
本发明涉及钙钛矿电池技术领域，具体涉及一种用于钙钛矿的氧化镍靶材及钙钛矿电池。
背景技术
近些年来，基于有机无机杂化钙钛矿材料的太阳电池在光伏领域显示出巨大的吸引力和广阔的发展前景。钙钛矿太阳电池具体工作原理为：钙钛矿吸收光产生的电子-空穴对在界面处分离，通过空穴传输层和电子传输层收集到正负两极，再进行通路连接形成电流，实现对外做功。因此寻找一种高效的载流子传输媒介，并解决电子空穴在传输过程中的复合问题成为提高钙钛矿电池性能的有效途径。
现有钙钛矿结构中的电子传输层主要使用的是氧化钛或氧化锡等，由于空穴迁移率低和化学稳定性较差，传输层的厚度不均匀极容易产生孔洞，极大的影响了电子传输层的纯度，导致靶材密度小、电阻率大、导电性差，降低了钙钛矿电池的使用效率和稳定性。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种用于钙钛矿的氧化镍靶材及钙钛矿电池，以解决上述背景技术中提出的问题。
本发明解决技术问题采用如下技术方案：
本发明提供了一种用于钙钛矿的氧化镍靶材，包括以下步骤：
步骤一、制备氧化镍粉体颗粒；
步骤二、将氧化镍粉体颗粒经等离子喷涂于基体材料上获得靶材。
优选地，所述制备氧化镍粉体颗粒的步骤包括：
S1、使用氧化镍粉与纯镍粉制备浆料；
S2、接着将浆料加入分散剂后，喷雾造粒并筛选获得40um-90um的粉体颗粒。
优选地，所述基体材料为表面喷砂打底处理后的不锈钢管，所述不锈钢管为303或者304不锈钢，所述不锈钢管在进行等离子喷涂前进行清洗和喷砂处理。
优选地，所述等离子喷涂是在大气环境下进行的，在喷涂过程中以氩气为保护气，使氩气的流量从零开始逐渐增大，并逐渐缩小喷涂距离对基材表面进行喷涂。
优选地，所述等离子喷涂过程中喷枪保持固定，不锈钢管来回移动并转动，所述不锈钢管移动速度为45cm/min，转速为180r/min。
优选地，所述等离子喷涂工艺参数如下：电流600-640A，主气3000-3600L/H，次气300-420L/H，枪距150-190mm，送粉量110-140g/min。
优选地，所述氧化镍粉与纯镍粉的比例区间为：95:5wt%-99:1wt%，氧化镍粉是将纯镍粉在马弗炉中经260-300℃下煅烧2h，制得黑色的氧化镍粉末，将所得氧化镍粉末研磨40-60min，得到氧化镍粉体颗粒。
优选地，所述氧化镍粉与纯镍粉配比后加纯水，加入纯水的质量为总质量的2-3倍，然后将其混合均匀，接着加入球磨机采用较大直径的铁球第一次球磨8-10小时，接着采用较小直径的铁球第二次球磨2-4小时，然后球磨后的浆料沉淀并过80-120目筛，最后获得过滤浆料。
优选地，所述分散剂为聚乙烯醇，分散剂占比为0.25wt%。
一种钙钛矿电池，包括自下而上依次层叠设置的玻璃、EFO图层、氧化镍图层、钙钛矿层、有机小分子层和银层，所述EFO图层和氧化镍图层均采用磁控溅射方式获得，所述钙钛矿层由碘滑胺与碘化铅溶液反应后涂布工艺获得，所述有机小分子层和银层采用印刷工艺获得。
本发明制备的用于钙钛矿的氧化镍靶材及钙钛矿电池，采用氧化镍粉与纯镍粉作为制备靶材的基材，在制备靶材的过程中通过二次球磨的方式将其粉末研磨至合适的颗粒，通过离子喷涂将颗粒喷涂在处理过的不锈钢基材上，以氩气为保护气保证了喷涂的品质，提高靶材的成型密度。
与现有与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明在钙钛矿结构中，将氧化镍作为电子传输层以替代常用的氧化锡、氧化钛等，氧化镍性质稳定，但本身是不导电的，通过添加氧化镍粉末，前段制备工艺中是做成失氧态的，并加入纯镍粉，进一步提高导电性能，最终得到的用于钙钛矿的氧化镍靶材密度大、电阻率低、导电性好，提高钙钛矿电池的使用效率和稳定性，其电池的转化效率达到23.7%。
附图说明
图1是本发明的立体结构示意图。
示意图中的标号说明：1、玻璃；2、EFO图层；3、氧化镍图层；4、钙钛矿层；5、有机小分子层；6、银层。
具体实施方式
下面结合具体实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本实施例的本发明提供了一种用于钙钛矿的氧化镍靶材，包括如下步骤：
步骤一、制备氧化镍粉体颗粒；
步骤二、将氧化镍粉体颗粒经等离子喷涂于基体材料上获得靶材。
本实施例的制备氧化镍粉体颗粒的步骤包括：
S1、使用氧化镍粉与纯镍粉制备浆料；
S2、接着将浆料加入分散剂后，喷雾造粒并筛选获得40um-90um的粉体颗粒。
本实施例的基体材料为表面喷砂打底处理后的不锈钢管，不锈钢管为303或者304不锈钢，不锈钢管在进行等离子喷涂前进行清洗和喷砂处理。
本实施例的等离子喷涂是在大气环境下进行的，在喷涂过程中以氩气为保护气，使氩气的流量从零开始逐渐增大，并逐渐缩小喷涂距离对基材表面进行喷涂。
本实施例的等离子喷涂过程中喷枪保持固定，不锈钢管来回移动并转动，不锈钢管移动速度为45cm/min，转速为180r/min。
本实施例的等离子喷涂工艺参数如下：电流600-640A，主气3000-3600L/H，次气300-420L/H，枪距150-190mm，送粉量110-140g/min。
本实施例的氧化镍粉与纯镍粉的比例区间为：95:5wt%-99:1wt%，氧化镍粉是将纯镍粉在马弗炉中经260-300℃下煅烧2h，制得黑色的氧化镍粉末，将所得氧化镍粉末研磨40-60min，得到氧化镍粉体颗粒。
本实施例的氧化镍粉与纯镍粉配比后加纯水，加入纯水的质量为总质量的2-3倍，然后将其混合均匀，接着加入球磨机采用较大直径的铁球第一次球磨8-10小时，接着采用较小直径的铁球第二次球磨2-4小时，然后球磨后的浆料沉淀并过80-120目筛，最后获得过滤浆料。
本实施例的分散剂为聚乙烯醇，分散剂占比为0.25wt%。
本实施例的一种钙钛矿电池，包括自下而上依次层叠设置的玻璃1、EFO图层2、氧化镍图层3、钙钛矿层4、有机小分子层5和银层6，EFO图层2和氧化镍图层3均采用磁控溅射方式获得，钙钛矿层4由碘滑胺与碘化铅溶液反应后涂布工艺获得，有机小分子层5和银层6采用印刷工艺获得。
实施例1
本实施例的本发明提供了一种用于钙钛矿的氧化镍靶材，包括以下步骤：
步骤一、制备氧化镍粉体颗粒；
步骤二、将氧化镍粉体颗粒经等离子喷涂于基体材料上获得靶材。
本实施例的制备氧化镍粉体颗粒的步骤包括：
S1、使用氧化镍粉与纯镍粉制备浆料；
S2、接着将浆料加入分散剂后，喷雾造粒并筛选获得40um-90um的粉体颗粒。
本实施例的基体材料为表面喷砂打底处理后的不锈钢管，不锈钢管为303不锈钢，不锈钢管在进行等离子喷涂前进行清洗和喷砂处理。
本实施例的等离子喷涂是在大气环境下进行的，在喷涂过程中以氩气为保护气，使氩气的流量从零开始逐渐增大，并逐渐缩小喷涂距离对基材表面进行喷涂。
本实施例的等离子喷涂过程中喷枪保持固定，不锈钢管来回移动并转动，不锈钢管移动速度为45cm/min，转速为180r/min。
本实施例的等离子喷涂工艺参数如下：电流600A，主气3000L/H，次气300L/H，枪距150mm，送粉量110g/min。
本实施例的氧化镍粉与纯镍粉的比例区间为：95:5wt%，氧化镍粉是将纯镍粉在马弗炉中经260℃下煅烧2h，制得黑色的氧化镍粉末，将所得氧化镍粉末研磨40min，得到氧化镍粉体颗粒。
本实施例的氧化镍粉与纯镍粉配比后加纯水，加入纯水的质量为总质量的2倍，然后将其混合均匀，接着加入球磨机采用较大直径的铁球第一次球磨8小时，接着采用较小直径的铁球第二次球磨2小时，然后球磨后的浆料沉淀并过80目筛，最后获得过滤浆料。
本实施例的分散剂为聚乙烯醇，分散剂占比为0.25wt%。
本实施例的一种钙钛矿电池，包括自下而上依次层叠设置的玻璃1、EFO图层2、氧化镍图层3、钙钛矿层4、有机小分子层5和银层6，EFO图层2和氧化镍图层3均采用磁控溅射方式获得，钙钛矿层4由碘滑胺与碘化铅溶液反应后涂布工艺获得，有机小分子层5和银层6采用印刷工艺获得。
实施例2
本实施例的本发明提供了一种用于钙钛矿的氧化镍靶材，包括以下步骤：
步骤一、制备氧化镍粉体颗粒；
步骤二、将氧化镍粉体颗粒经等离子喷涂于基体材料上获得靶材。
本实施例的制备氧化镍粉体颗粒的步骤包括：
S1、使用氧化镍粉与纯镍粉制备浆料；
S2、接着将浆料加入分散剂后，喷雾造粒并筛选获得60um的粉体颗粒。
本实施例的基体材料为表面喷砂打底处理后的不锈钢管，不锈钢管为304不锈钢，不锈钢管在进行等离子喷涂前进行清洗和喷砂处理。
本实施例的等离子喷涂是在大气环境下进行的，在喷涂过程中以氩气为保护气，使氩气的流量从零开始逐渐增大，并逐渐缩小喷涂距离对基材表面进行喷涂。
本实施例的等离子喷涂过程中喷枪保持固定，不锈钢管来回移动并转动，不锈钢管移动速度为45cm/min，转速为180r/min。
本实施例的等离子喷涂工艺参数如下：电流620A，主气3400L/H，次气380L/H，枪距170mm，送粉量125g/min。
本实施例的氧化镍粉与纯镍粉的比例区间为：97:3wt%，氧化镍粉是将纯镍粉在马弗炉中经280℃下煅烧2h，制得黑色的氧化镍粉末，将所得氧化镍粉末研磨50min，得到氧化镍粉体颗粒。
本实施例的氧化镍粉与纯镍粉配比后加纯水，加入纯水的质量为总质量的2.5倍，然后将其混合均匀，接着加入球磨机采用较大直径的铁球第一次球磨9小时，接着采用较小直径的铁球第二次球磨3小时，然后球磨后的浆料沉淀并过100目筛，最后获得过滤浆料。
本实施例的分散剂为聚乙烯醇，分散剂占比为0.25wt%。
本实施例的一种钙钛矿电池，包括自下而上依次层叠设置的玻璃1、EFO图层2、氧化镍图层3、钙钛矿层4、有机小分子层5和银层6，EFO图层2和氧化镍图层3均采用磁控溅射方式获得，钙钛矿层4由碘滑胺与碘化铅溶液反应后涂布工艺获得，有机小分子层5和银层6采用印刷工艺获得。
实施例3
本实施例的本发明提供了一种用于钙钛矿的氧化镍靶材，包括以下步骤：
步骤一、制备氧化镍粉体颗粒；
步骤二、将氧化镍粉体颗粒经等离子喷涂于基体材料上获得靶材。
本实施例的制备氧化镍粉体颗粒的步骤包括：
S1、使用氧化镍粉与纯镍粉制备浆料；
S2、接着将浆料加入分散剂后，喷雾造粒并筛选获得90um的粉体颗粒。
本实施例的基体材料为表面喷砂打底处理后的不锈钢管，不锈钢管为304不锈钢，不锈钢管在进行等离子喷涂前进行清洗和喷砂处理。
本实施例的等离子喷涂是在大气环境下进行的，在喷涂过程中以氩气为保护气，使氩气的流量从零开始逐渐增大，并逐渐缩小喷涂距离对基材表面进行喷涂。
本实施例的等离子喷涂过程中喷枪保持固定，不锈钢管来回移动并转动，不锈钢管移动速度为45cm/min，转速为180r/min。
本实施例的等离子喷涂工艺参数如下：电流640A，主气3600L/H，次气420L/H，枪距190mm，送粉量140g/min。
本实施例的氧化镍粉与纯镍粉的比例区间为：99:1wt%，氧化镍粉是将纯镍粉在马弗炉中经300℃下煅烧2h，制得黑色的氧化镍粉末，将所得氧化镍粉末研磨60min，得到氧化镍粉体颗粒。
本实施例的氧化镍粉与纯镍粉配比后加纯水，加入纯水的质量为总质量的3倍，然后将其混合均匀，接着加入球磨机采用较大直径的铁球第一次球磨10小时，接着采用较小直径的铁球第二次球磨4小时，然后球磨后的浆料沉淀并过120目筛，最后获得过滤浆料。
本实施例的分散剂为聚乙烯醇，分散剂占比为0.25wt%。
本实施例的一种钙钛矿电池，包括自下而上依次层叠设置的玻璃1、EFO图层2、氧化镍图层3、钙钛矿层4、有机小分子层5和银层6，EFO图层2和氧化镍图层3均采用磁控溅射方式获得，钙钛矿层4由碘滑胺与碘化铅溶液反应后涂布工艺获得，有机小分子层5和银层6采用印刷工艺获得。
对比例1.
与实施例3不同的是不使用氧化镍用普通材料制作靶材。
对比例2.
与实施例3不同的是制作氧化镍颗粒的过程中不添加纯镍粉。
对比例3.
与实施例3不同的是制备的浆料的过程中不进行二次研磨。
分别将实施例1-3制备的氧化镍靶材和对比例1-3制备的氧化镍靶材产品进行性能检测，所得检测结果记录于下表。
从实施例1-3可看出；使用本发明制成的用于钙钛矿的氧化镍靶材及钙钛矿电池靶材密度大、电阻率低、导电性好，提高钙钛矿电池的使用效率和稳定性，其电池的转化效率达到23.7%。
从对比例1、对比例2和实施例3可看出，使用普通材料制作靶材虽然具有导电性，但是其效果不如本发明的效果显著；
此外，从对比例3发现，在制备用于钙钛矿的氧化镍靶材及钙钛矿电池，其加工方法也尤为重要，制备靶材的过程中通过二次球磨的方式将其粉末研磨至合适的颗粒，通过离子喷涂将颗粒喷涂在处理过的不锈钢基材上，以氩气为保护气保证了喷涂的品质，提高靶材的成型密度。
本发明的创新点在于：
本发明采用氧化镍粉与纯镍粉作为制备靶材的基材，在制备靶材的过程中通过二次球磨的方式将其粉末研磨至合适的颗粒，通过离子喷涂将颗粒喷涂在处理过的不锈钢基材上，以氩气为保护气保证了喷涂的品质，提高靶材的成型密度，本发明在钙钛矿结构中，将氧化镍作为电子传输层以替代常用的氧化锡、氧化钛等，氧化镍性质稳定，但本身是不导电的，通过添加氧化镍粉末，前段制备工艺中是做成失氧态的，并加入纯镍粉，进一步提高导电性能，最终得到的用于钙钛矿的氧化镍靶材密度大、电阻率低、导电性好，提高钙钛矿电池的使用效率和稳定性，其电池的转化效率达到23.7%。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (8)
1.一种用于钙钛矿的氧化镍靶材，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、制备氧化镍粉体颗粒；
步骤二、将氧化镍粉体颗粒经等离子喷涂于基体材料上获得靶材；
所述制备氧化镍粉体颗粒的步骤包括：
S1、使用氧化镍粉与纯镍粉制备浆料；
S2、接着将浆料加入分散剂后，喷雾造粒并筛选获得40um-90um的粉体颗粒；
所述等离子喷涂是在大气环境下进行的，在喷涂过程中以氩气为保护气，使氩气的流量从零开始逐渐增大，并逐渐缩小喷涂距离对基材表面进行喷涂；
所述氧化镍粉与纯镍粉配比后加纯水，加入纯水的质量为总质量的2-3倍，然后将其混合均匀，接着加入球磨机采用较大直径的铁球第一次球磨8-10小时，接着采用较小直径的铁球第二次球磨2-4小时，然后球磨后的浆料沉淀并过80-120目筛，最后获得过滤浆料。
2.根据权利要求1所述的一种用于钙钛矿的氧化镍靶材，其特征在于，所述基体材料为表面喷砂打底处理后的不锈钢管，所述不锈钢管为303或者304不锈钢，所述不锈钢管在进行等离子喷涂前进行清洗和喷砂处理。
3.根据权利要求1所述的一种用于钙钛矿的氧化镍靶材，其特征在于，所述等离子喷涂过程中喷枪保持固定，不锈钢管来回移动并转动，所述不锈钢管移动速度为45cm/min，转速为180r/min。
4.根据权利要求1所述的一种用于钙钛矿的氧化镍靶材，其特征在于，所述等离子喷涂工艺参数如下：电流600-640A，主气3000-3600L/H，次气300-420L/H，枪距150-190mm，送粉量110-140g/min。
5.根据权利要求1所述的一种用于钙钛矿的氧化镍靶材，其特征在于，所述氧化镍粉与纯镍粉的比例区间为：95:5wt%-99:1wt%，氧化镍粉是将纯镍粉在马弗炉中经260-300℃下煅烧2h，制得黑色的氧化镍粉末，将所得氧化镍粉末研磨40-60min，得到氧化镍粉体颗粒。
6.根据如权利要求1所述的一种用于钙钛矿的氧化镍靶材，其特征在于，所述氧化镍粉与纯镍粉配比后加纯水，加入纯水的质量为总质量的2-3倍，然后将其混合均匀，接着加入球磨机采用较大直径的铁球第一次球磨8-10小时，接着采用较小直径的铁球第二次球磨2-4小时，然后球磨后的浆料沉淀并过80-120目筛，最后获得过滤浆料。
7.根据如权利要求1所述的一种用于钙钛矿的氧化镍靶材，其特征在于，所述分散剂为聚乙烯醇，分散剂占比为0.25wt%。
8.一种如权利要求1-7任一项所述的钙钛矿的氧化镍靶材制备的钙钛矿电池，其特征在于，包括自下而上依次层叠设置的玻璃（1）、EFO图层（2）、氧化镍图层（3）、钙钛矿层（4）、有机小分子层（5）和银层（6），所述EFO图层（2）和氧化镍图层（3）均采用磁控溅射方式获得，所述钙钛矿层（4）由碘滑胺与碘化铅溶液反应后涂布工艺获得，所述有机小分子层（5）和银层（6）采用印刷工艺获得。
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