CN118043493A - 一种掺杂氧化镍靶材及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

一种掺杂氧化镍靶材,其包括氧化镍基材和掺杂于其中的掺杂物质,所述掺杂物质包括含有Cu、Ca、Cr、Sn、Hg、Pb、Mg、Mn、Ag、Co、Pr中的一种或多种元素的化合物的至少一种。

Description

一种掺杂氧化镍靶材及其制备方法和应用 技术领域
本申请涉及溅射工艺靶材技术领域,尤其是涉及一种掺杂氧化镍靶材及其制备方法和应用。
背景技术
钙钛矿太阳能电池中,光生电高子的效传输有赖于钙钛矿空穴传输层(HTL)性能稳定性和重复性,目前可做为钙钛矿薄膜电池空穴传输层的材料不少,其中以氧化镍最为普遍。目前,作为制备空穴传输层较为成熟的技术手段,通常是采用氧化镍靶材,通过溅射工艺制备。
随着对钙钛矿太阳能电池性能要求的不断提高,如何提高空穴传输层的性能是目前研究的重点。
发明内容
本申请是鉴于上述课题而进行的,其目的在于提供一种新型的掺杂氧化镍靶材,进而实现采用所述掺杂氧化镍靶材制备的空穴传输层的性能提升。
为了达到上述目的,本申请提供一种掺杂氧化镍靶材及其制备方法和应用。
本申请的第一方面提供了一种掺杂氧化镍靶材,其包括氧化镍基材和掺杂于其中的掺杂物质,所述掺杂物质包括含有Cu、Ca、Cr、Sn、Hg、Pb、Mg、Mn、Ag、Co、Pr中的一种或多种元素的化合物的至少一种。
由此,本申请通过特定化合物的掺杂,使得采用本申请的掺杂氧化镍靶材制备的钙钛矿太阳能电池的空穴传输层能带间隙更窄、波谱响应更高,电池的转化效率更高,说明采用本申请的靶材制备的空穴传输层以及钙钛矿太阳能电池的性能得到了提高。
在任意实施方式中,所述掺杂物质包括CuO、Cu 2O、Cu 2S、CuI、CuSCN、CuGaO 2、CoO、Cr 2O 3、SnO、SnS、Hg 2O、PbO、AgO、Ag 2O、MnO、Pr 2O 3中的至少一种。所述掺杂物质的添加有利于进一步提高空穴传输层及电池的性能。
在任意实施方式中,所述掺杂物质包括CuO、Cu 2O、Cu 2S、CuI、CuSCN、CuGaO 2、CoO、Cr 2O 3、SnO、SnS、Hg 2O、PbO、AgO、Ag 2O、MnO、Pr 2O 3中的至少两种。发明人出人意料地发现,当采用所述掺杂物质的至少两种同时掺杂时,电池的性能,尤其是转化效率得到进一步得到提高。
在任意实施方式中,所述掺杂物质在所述掺杂氧化镍靶材中的含量为0.1wt%~20wt%。
在任意实施方式中,按所述掺杂氧化镍靶材的总质量计,CuO的含量为0~15%;Cu 2O含量为0~15%;Cu 2S含量为0~15%;CuI含量为0~20%;CuSCN含量为0~15%;CuGaO 2含量为0~15%;CoO含量为0~8%;Cr 2O 3含量为0~15%;SnO含量为0~15%;SnS含量为0~15%;Hg 2O含量为0~15%;PbO含量为0~15%;AgO含量为0~15%;Ag 2O含量为0~15%;MnO含量为0~10%;Pr 2O 3含量为0~15%;所述掺杂物质的总含量为0.1%~20%。
在任意实施方式中,所述的掺杂氧化镍靶材通过分类式等离子喷涂的方法获得。采用所述方法获得的掺杂氧化镍靶材,掺杂物质在氧化镍基材内部分布更均匀。
本申请的第二方面还提供一种掺杂氧化镍靶材的制备方法,其包括:
在靶材背板或背管上热喷涂绑定用涂层,将氧化镍粉末和各掺杂物质的粉末分别引入各自的等离子发生喷涂器中,将氧化镍和掺杂物质分别同时等离子喷涂至所述靶材背板或背管上,获得所述掺杂氧化镍靶材;其中,所述掺杂物质选自含有Cu、Ca、Cr、Sn、Hg、Pb、Mg、Mn、Ag、Co、Pr中的一种或多种元素的化合物的至少一种。
采用本申请的方法,能够灵活控制掺杂物质的种类和含量,从而获得具有不同掺杂物质种类以及掺杂物质含量的掺杂氧化镍靶材,进一步地,采用本申请的方法有利于获得掺杂物质分布更均匀的掺杂氧化镍靶材。
本申请的第三方面还提供了本申请第一方面提供的掺杂氧化镍靶材或本申请第二方面提供的方法制备的掺杂氧化镍靶材在制备钙钛矿太阳能电池空穴传输层中的用途。
本申请提供的掺杂氧化镍靶材,其中包含一种或多种掺杂物质,采用本申请的掺杂氧化镍靶材制备钙钛矿太阳能电池的空穴传输层能带间隙更窄、波谱响应更高,电池的转化效率也更高;说明本申请的掺杂氧化镍靶材用于制备钙钛矿太阳能电池的空穴传输层,可使电池性能得到提升。
附图说明
图1为实施例1的掺杂氧化镍靶材和对比例1的氧化镍靶材制备的空穴传输层的波谱曲线。
具体实施方式
以下,适当地参照附图详细说明具体公开了本申请的掺杂氧化镍靶材及其制备方法和应用的实施方式。但是会有省略不必要的详细说明的情况。例如,有省略对已众所周知的事项的详细说明、实际相同结构的重复说明的情况。这是为了避免以下的说明不必要地变 得冗长,便于本领域技术人员的理解。此外,附图及以下说明是为了本领域技术人员充分理解本申请而提供的,并不旨在限定权利要求书所记载的主题。
本申请所公开的“范围”以下限和上限的形式来限定,给定范围是通过选定一个下限和一个上限进行限定的,选定的下限和上限限定了特别范围的边界。这种方式进行限定的范围可以是包括端值或不包括端值的,并且可以进行任意地组合,即任何下限可以与任何上限组合形成一个范围。例如,如果针对特定参数列出了60-120和80-110的范围,理解为60-110和80-120的范围也是预料到的。此外,如果列出的最小范围值1和2,和如果列出了最大范围值3,4和5,则下面的范围可全部预料到:1-3、1-4、1-5、2-3、2-4和2-5。在本申请中,除非有其他说明,数值范围“a-b”表示a到b之间的任意实数组合的缩略表示,其中a和b都是实数。例如数值范围“0-5”表示本文中已经全部列出了“0-5”之间的全部实数,“0-5”只是这些数值组合的缩略表示。另外,当表述某个参数为≥2的整数,则相当于公开了该参数为例如整数2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12等。
如果没有特别的说明,本申请的所有实施方式以及可选实施方式可以相互组合形成新的技术方案。
如果没有特别的说明,本申请的所有技术特征以及可选技术特征可以相互组合形成新的技术方案。
如果没有特别的说明,本申请的所有步骤可以顺序进行,也可以随机进行,优选是顺序进行的。例如,所述方法包括步骤(a)和(b),表示所述方法可包括顺序进行的步骤(a)和(b),也可以包括顺序进行的步骤(b)和(a)。例如,所述提到所述方法还可包括步骤(c),表示步骤(c)可以任意顺序加入到所述方法,例如,所述方法可以包括步骤(a)、(b)和(c),也可包括步骤(a)、(c)和(b),也可以包括步骤(c)、(a)和(b)等。
如果没有特别的说明,本申请所提到的“包括”和“包含”表示开放式,也可以是封闭式。例如,所述“包括”和“包含”可以表示还可以包括或包含没有列出的其他组分,也可以仅包括或包含列出的组分。
如果没有特别的说明,在本申请中,术语“或”是包括性的。举例来说,短语“A或B”表示“A,B,或A和B两者”。更具体地,以下任一条件均满足条件“A或B”:A为真(或存在)并且B为假(或不存在);A为假(或不存在)而B为真(或存在);或A和B都为真(或存在)。
本申请人在研究钙钛矿太阳能电池的空穴传输层的制备的过程中发现,为了提高空穴 传输层的性能,可以通过在作为空穴传输层的氧化镍薄膜中掺杂不同元素来实现,然而现有靶材多为单一氧化镍靶材,如果要制备掺杂的氧化镍薄膜,则需要采用氧化镍靶材和其他靶材通过共溅射来实现,工艺复杂,获得的氧化镍薄膜中掺杂元素也难以均匀分布,从而限制了掺杂氧化镍薄膜的制备和电学性能的提升。为了进一步提高空穴传输层的性能,从而提高钙钛矿太阳能电池的性能,本申请提供了一种用于制备钙钛矿太阳能电池的空穴传输层的掺杂氧化镍靶材。
本申请的一个实施方式中,本申请提出了一种掺杂氧化镍靶材,其包括氧化镍基材和掺杂于其中的掺杂物质,所述掺杂物质包括含有Cu、Ca、Cr、Sn、Hg、Pb、Mg、Mn、Ag、Co、Pr中的一种或多种元素的化合物的至少一种。
虽然机理尚不明确,但本申请人意外地发现:采用本申请的掺杂氧化镍靶材,由于掺杂了特定元素的化合物,用于制备钙钛矿太阳能电池的空穴传输层,所述空穴传输层的具有更窄的能带间隙、更高的波谱响应,电池的转化效率得到显著提升。进一步地,采用本申请的掺杂氧化镍靶材制备空穴传输层,相比于采用共溅射等方式,可有效提升掺杂空穴传输层的制备工艺窗口,便于实现薄膜的工艺稳定性和一致性。
在一些实施方式中,所述掺杂物质包括CuO、Cu 2O、Cu 2S、CuI、CuSCN、CuGaO 2、CoO、Cr 2O 3、SnO、SnS、Hg 2O、PbO、AgO、Ag 2O、MnO、Pr 2O 3中的至少一种。
发明人发现,当掺杂物选用单质时,由于单质容易和氧发生不完全反应,成份组成以及掺杂比例不易于控制,同时,部分单质如Ga、Ag、Pb、I、S等也不易于做成粉末进行等离子喷镀使用。当采用上述化合物直接作为掺杂物质掺杂进入氧化镍基材,相比于采用单质的掺杂,成分组成和含量的可控性更强,采用所述靶材制备空穴传输层的钙钛矿太阳能电池的电学性能得到进一步的提升。
在一些实施方式中,所述掺杂物质包括CuO、Cu 2O、Cu 2S、CuI、CuSCN、CuGaO 2、CoO、Cr 2O 3、SnO、SnS、Hg 2O、PbO、AgO、Ag 2O、MnO、Pr 2O 3中的至少两种。发明人出人意料地发现,当采用所述掺杂物质的至少两种同时掺杂时,所制成的复合靶材中同时含有多种不同价态的阴离子和阳离子,由此制备的薄膜太阳能电池的能级结构调控窗口更大、更便于能级调控,电池的光转化效率进一步得到提高。
在一些实施方式中,所述掺杂物质在所述掺杂氧化镍靶材中的含量为0.1wt%~20wt%。发明人发现,当掺杂物质的含量在所述范围内,有利于制备的氧化镍薄膜性能的提升;如果掺杂物质过多,例如高于20wt%,会降低氧化镍基材的性能,不利于整体性能的提升。
在一些实施方式中,按所述掺杂氧化镍靶材的总质量计,CuO的含量为0~15%;Cu 2O含量为0~15%;Cu 2S含量为0~15%;CuI含量为0~20%;CuSCN含量为0~15%;CuGaO 2含量为0~15%;CoO含量为0~8%;Cr 2O 3含量为0~15%;SnO含量为0~15%;SnS含量为0~15%;Hg 2O含量为0~15%;PbO含量为0~15%;AgO含量为0~15%;Ag 2O含量为0~15%;MnO含量为0~10%;Pr 2O 3含量为0~15%;所述掺杂物质的总含量为0.1%~20%。发明人发现,不同掺杂物质用于提升空穴传输层性能的最佳含量范围不同,其中,当上述化合物各自以本申请所述的浓度范围掺杂于氧化镍靶材中时,更有利于提高空穴传输层的性能。
在任意实施方式中,所述的掺杂氧化镍靶材通过分类式等离子喷涂的方法获得。采用所述方法获得的掺杂氧化镍靶材,掺杂物质在氧化镍基材内部分布更均匀。
本申请所述的分类式等离子喷涂可以理解为不同物料,例如氧化镍和一种多种掺杂物质各自独立地分别喷涂。
本申请的第二方面还提供一种掺杂氧化镍靶材的制备方法,其包括:
在靶材背板或背管上热喷涂绑定用涂层,将氧化镍粉末和各掺杂物质的粉末分别引入各自的等离子发生喷涂器中,将氧化镍和掺杂物质分别同时等离子喷涂至所述靶材背板或背管上,获得所述掺杂氧化镍靶材;其中,所述掺杂物质选自含有Cu、Ca、Cr、Sn、Hg、Pb、Mg、Mn、Ag、Co、Pr中的一种或多种元素的化合物的至少一种。
采用本申请的方法获得的掺杂氧化镍靶材中掺杂物质分布更均匀,此外采用本申请的方法还可大幅提升靶材的相对密度,降低靶材内部缺陷,从而获得的氧化镍薄膜的材质也更均匀,更有利于空穴传输层性能的提升。
此外,采用本申请的方法,能够灵活控制掺杂物质的种类和含量,可以根据空穴传输层的不同性能要求,直接制备掺杂有适合浓度和种类掺杂物质的靶材,从而进一步通过溅射工艺,直接获得具有相应掺杂物质种类和含量的空穴传输层,实现工艺调节的便利和准确性。
进一步地,本申请提供的制备方法工艺简单,可控性强,便于大范围快速高效制备成型。
在一些实施方式中,所述掺杂物质选自CuO、Cu 2O、Cu 2S、CuI、CuSCN、CuGaO 2、CoO、Cr 2O 3、SnO、SnS、Hg 2O、PbO、AgO、Ag 2O、MnO、Pr 2O 3中的至少一种。
在一些实施方式中,所述掺杂物质选自CuO、Cu 2O、Cu 2S、CuI、CuSCN、CuGaO 2、 CoO、Cr 2O 3、SnO、SnS、Hg 2O、PbO、AgO、Ag 2O、MnO、Pr 2O 3中的至少两种。
在一些实施方式中,所述掺杂物质在所述掺杂氧化镍靶材中的含量为0.1wt%~20wt%。
在一些实施方式中,按所述掺杂氧化镍靶材的总质量计,CuO的含量为0~15%;Cu 2O含量为0~15%;Cu 2S含量为0~15%;CuI含量为0~20%;CuSCN含量为0~15%;CuGaO 2含量为0~15%;CoO含量为0~8%;Cr 2O 3含量为0~15%;SnO含量为0~15%;SnS含量为0~15%;Hg 2O含量为0~15%;PbO含量为0~15%;AgO含量为0~15%;Ag 2O含量为0~15%;MnO含量为0~10%;Pr 2O 3含量为0~15%;所述掺杂物质的总含量为0.1%~20%。
本申请的第三方面还提供了本申请第一方面提供的掺杂氧化镍靶材或本申请第二方面提供的方法制备的掺杂氧化镍靶材在制备钙钛矿太阳能电池空穴传输层中的用途。
以下,说明本申请的实施例。下面描述的实施例是示例性的,仅用于解释本申请,而不能理解为对本申请的限制。实施例中未注明具体技术或条件的,按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者,均为可以通过市购获得的常规产品。
实施例1
(1)将背板固定到等离子体喷涂设备的夹持件上,在背板上热喷涂一层绑定用铟涂层(绑定材料),厚度1.3mm。
(2)将粉末化的氧化镍基材和掺杂物质AgO分别添加至粉末等离子喷涂箱的不同等离子粉末喷涂物料腔中,使不同物料间处于分别独立添加的状态;
将背板的绑定材料进行加热200℃,随后将掺杂物质和氧化镍基材粉末等离子体通过各自的喷头喷射至加热后的绑定材料之上,参考工艺参数范围如下:等离子功率15KW,角度40°,背板温度室温~200℃,喷头之间形成夹角覆盖的形式进行背板上的沉积混合,形成均匀掺杂效果,通过控制对应喷头的喷涂量,控制AgO的掺杂量为0.5wt%;
随着等离子喷涂的不断进行,背板上的掺杂氧化镍材料不断增厚,待厚度达到设定值16mm之后,喷涂设备停止等离子喷涂,获得AgO掺杂的氧化镍靶材。
(3)取下背板靶材进行激光切割加工和修整,将靶材边缘之外部分进行切割回收,以及边缘的修整,形成靶材安装边,完成靶材的基本二次加工,随后进行靶材的表面清洁。
实施例2
除调整AgO的掺杂量为1wt%;其余与实施例1相同。
实施例3
除调整AgO的掺杂量为2wt%;其余与实施例1相同。
实施例4
除调整步骤(2)中的掺杂物质为CuI,控制CuI的掺杂量为20wt%;其余与实施例1相同。
实施例5
除步骤(2)中,将粉末化的氧化镍基材和掺杂物质CuGaO 2和SnS分别添加至粉末等离子喷涂箱的三个不同等离子粉末喷涂物料腔中,使不同物料氧化镍基材、CuGaO 2和SnS处于分别独立添加的状态;控制CuGaO 2和SnS的掺杂量分别为5wt%;其余与实施例1相同。
对比例1
市售氧化镍靶材。
钙钛矿太阳能电池制备
步骤1:将ITO导电玻璃衬底清洗干净并吹干,然后进行紫外光清洗处理,得到预处理后衬底基片;
步骤2:将预处理后衬底基片和实施例1-实施例5的掺杂氧化镍靶材或对比例1的氧化镍靶材移入高真空度溅射系统中,在预处理后衬底基片上溅射空穴传输层,具体条件如下:
通入氧气作为工作气体,气体流量200sccm;溅射气压2.3×10 -3mbar,靶材与衬底基片距离为79.5mm,溅射功率为200W,加热温度125℃,溅射沉积一层25nm厚的掺杂氧化镍薄膜作为空穴传输层;
步骤3:在空穴传输层上旋涂钙钛矿前驱体溶液,然后加入氯苯溶剂继续旋涂,经过100℃退火处理后得到钙钛矿晶体薄膜,即光吸收层;
步骤4:在所述光吸收层上旋涂PCBM([6,6]-苯基-C61-丁酸异甲酯)的氯苯溶液,形成电子传输层;
步骤5:在真空下将金属电极材料银铝合金通过热蒸发蒸镀到所述电子传输层上,得到钙钛矿太阳能电池。
测试方法:
能带分布测试:
使用型号为Escalab 250Xi(来自Thermo Scientific)的X射线光电子能谱仪(XPS) 测试钙钛矿太阳能电池空穴传输层的能带分布,从而获得价带顶(CBM值)、导带底(VBM值)以及能带间隙(ΔEg)。
波谱响应测试:
采用赛默飞尼高力iS 50红外光谱仪测试钙钛矿太阳能电池空穴传输层的波谱曲线。
采用本申请实施例1至实施例3制备的掺杂氧化镍靶材和对比例1的氧化镍靶材制备的钙钛矿太阳能电池的空穴传输层能带分布结果如表1所示。各实施例和对比例的靶才制备的钙钛矿太阳能电池的转化效率结果如表2所示。
实施例1和对比例1的靶材制备的钙钛矿太阳能电池空穴传输层的波谱曲线如图1所示,从图1中可以看出,采用本申请的掺杂氧化镍靶材制备的空穴传输层对于不同波长的入射光具有更高的透过率,说明采用本申请的掺杂氧化镍靶材制备的空穴传输层具有更高的波谱响应。
表1
样品编号 CBM(eV) VBM(eV) ΔEg(eV)
对比例1 -1.31 -5.14 3.83
实施例1 -1.38 -5.20 3.82
实施例2 -1.44 -5.26 3.80
实施例3 -1.51 -5.30 3.79
表2
从表1中可以看出,本申请实施例1-实施例3的掺杂氧化镍靶材制备得到的空穴传输层能带间隙更窄,说明本申请的空穴传输层对光的吸收范围更大。
从表2中可以看出,采用本申请各实施例的掺杂氧化镍靶材制备的空穴传输层,其电池的短路电流及短路电流密度,以及光电转换效率都得到明显提升,尤其是复合掺杂的空穴传输层,其光电转化效率得到进一步提高,说明包含采用本申请的掺杂氧化镍靶材制备的空穴传输层的钙钛矿太阳能电池,其电学性能得到明显提高。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已,并不用以限制本申请,凡在本申请的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本申请保护的范围之内。

Claims (12)

  1. 一种掺杂氧化镍靶材,其包括氧化镍基材和掺杂于其中的掺杂物质,所述掺杂物质包括含有Cu、Ca、Cr、Sn、Hg、Pb、Mg、Mn、Ag、Co、Pr中的一种或多种元素的化合物的至少一种。
  2. 根据权利要求1所述的掺杂氧化镍靶材,其中,所述掺杂物质包括CuO、Cu 2O、Cu 2S、CuI、CuSCN、CuGaO 2、CoO、Cr 2O 3、SnO、SnS、Hg 2O、PbO、AgO、Ag 2O、MnO、Pr 2O 3中的至少一种。
  3. 根据权利要求2所述的掺杂氧化镍靶材,其中,所述掺杂物质包括CuO、Cu 2O、Cu 2S、CuI、CuSCN、CuGaO 2、CoO、Cr 2O 3、SnO、SnS、Hg 2O、PbO、AgO、Ag 2O、MnO、Pr 2O 3中的至少两种。
  4. 根据权利要求1所述的掺杂氧化镍靶材,其中,所述掺杂物质在所述掺杂氧化镍靶材中的含量为0.1wt%~20wt%。
  5. 根据权利要求2所述的掺杂氧化镍靶材,其中,按所述掺杂氧化镍靶材的总质量计,CuO的含量为0~15%;Cu 2O含量为0~15%;Cu 2S含量为0~15%;CuI含量为0~20%;CuSCN含量为0~15%;CuGaO 2含量为0~15%;CoO含量为0~8%;Cr 2O 3含量为0~15%;SnO含量为0~15%;SnS含量为0~15%;Hg 2O含量为0~15%;PbO含量为0~15%;AgO含量为0~15%;Ag 2O含量为0~15%;MnO含量为0~10%;Pr 2O 3含量为0~15%;所述掺杂物质的总含量为0.1%~20%。
  6. 根据权利要求1-5中任一项所述的掺杂氧化镍靶材,其通过分类式等离子喷涂的方法获得。
  7. 一种掺杂氧化镍靶材的制备方法,其包括:
    在靶材背板或背管上热喷涂绑定用涂层,将氧化镍粉末和各掺杂物质的粉末分别引入各自的等离子发生喷涂器中,将氧化镍和掺杂物质分别同时等离子喷涂至所述靶材背板或背管上,获得所述掺杂氧化镍靶材;其中,所述掺杂物质选自含有Cu、Ca、Cr、Sn、Hg、Pb、Mg、Mn、Ag、Co、Pr中的一种或多种元素的化合物的至少一种。
  8. 根据权利要求7所述的方法,其中,所述掺杂物质选自CuO、Cu 2O、Cu 2S、CuI、CuSCN、CuGaO 2、CoO、Cr 2O 3、SnO、SnS、Hg 2O、PbO、AgO、Ag 2O、MnO、Pr 2O 3中的至少一种。
  9. 根据权利要求8所述的方法,其中,所述掺杂物质选自CuO、Cu 2O、Cu 2S、CuI、 CuSCN、CuGaO 2、CoO、Cr 2O 3、SnO、SnS、Hg 2O、PbO、AgO、Ag 2O、MnO、Pr 2O 3中的至少两种。
  10. 根据权利要求7所述的方法,其中,所述掺杂物质在所述掺杂氧化镍靶材中的含量为0.1wt%~20wt%。
  11. 根据权利要求8所述的方法,其中,按所述掺杂氧化镍靶材的总质量计,CuO的含量为0~15%;Cu 2O含量为0~15%;Cu 2S含量为0~15%;CuI含量为0~20%;CuSCN含量为0~15%;CuGaO 2含量为0~15%;CoO含量为0~8%;Cr 2O 3含量为0~15%;SnO含量为0~15%;SnS含量为0~15%;Hg 2O含量为0~15%;PbO含量为0~15%;AgO含量为0~15%;Ag 2O含量为0~15%;MnO含量为0~10%;Pr 2O 3含量为0~15%;所述掺杂物质的总含量为0.1%~20%。
  12. 根据权利要求1-6中任一项所述的掺杂氧化镍靶材或根据权利要求7-11中任一项所述方法制备的掺杂氧化镍靶材在制备钙钛矿太阳能电池空穴传输层中的用途。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB9600210D0 (en) * 1996-01-05 1996-03-06 Vanderstraeten E Bvba Improved sputtering targets and method for the preparation thereof
WO2003014254A1 (en) * 2001-08-07 2003-02-20 Midwest Research Institute Electrochromic counter electrode
FR2835534B1 (fr) * 2002-02-06 2004-12-24 Saint Gobain CIBLE CERAMIQUE NiOx NON STOECHIOMETRIQUE
CN102811971A (zh) * 2009-10-15 2012-12-05 优美科公司 氧化锡陶瓷溅射靶材及其制备方法
CN105322026B (zh) * 2015-09-30 2018-08-24 天津职业技术师范大学 一种NiO:Ag/TiOx异质pn结二极管
CN112481592A (zh) * 2020-11-13 2021-03-12 北京航大微纳科技有限公司 一种氧化镍基陶瓷靶材材料的热压成型制备方法
CN112321280A (zh) * 2020-11-13 2021-02-05 北京航大微纳科技有限公司 一种氧化镍基陶瓷靶材材料的凝胶注模成型制备方法
CN112441819A (zh) * 2020-11-13 2021-03-05 北京航大微纳科技有限公司 一种氧化镍基陶瓷靶材材料的热等静压制备方法
CN112624739A (zh) * 2020-11-13 2021-04-09 北京航空航天大学宁波创新研究院 一种氧化镍基陶瓷靶材、薄膜及薄膜制备工艺
CN112456971A (zh) * 2020-11-13 2021-03-09 北京航大微纳科技有限公司 一种氧化镍基陶瓷靶材材料的冷等静压成型制备方法
CN112374554A (zh) * 2020-11-13 2021-02-19 北京航大微纳科技有限公司 一种高纯度高活性的氧化镍基粉体、制备方法及用途

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