本技术涉及太阳电池，具体涉及一种氧化镍空穴传输层反式钙钛矿太阳电池及其制备方法。
背景技术：
：：1、反式钙钛矿太阳电池是一种钙钛矿材料为光电转换层的太阳电池。反式钙钛矿太阳电池采用p-i-n结构，其中p层(正极性层)富集正电荷(空穴)，i层(内在层)是钙钛矿光吸收层，n层(负极性层)富集负电荷(电子)(efficient and stable large-area perovskitesolar cells with inorganic charge extraction layers,science,2015,350,944；depleted hole conductor-free lead halide iodide heterojunction solar cells,energy&environmental science,2013,6,3249)。与正式结构的钙钛矿太阳电池相比，反式钙钛矿太阳电池具有制备简单、迟滞效应弱、以及更适于柔性衬底和叠层器件设计中的应用。2、具体地，反式结构通常采用简单的制备工艺，少量工序，相比于正式结构更易于制备；简单的制备过程降低了生产成本，提高了制备效率，使得该结构更具有产业化可行性。反式结构的钙钛矿太阳电池在光电流-电压特性中表现出较弱的迟滞效应；这种迟滞效应使得反式钙钛矿太阳电池在切换光照状态时，电流-电压曲线的形状变化较小，提高了太阳电池的稳定性和响应速度。反式结构的钙钛矿太阳电池对衬底的要求相对较低，使得反式钙钛矿太阳电池更适应柔性衬底的形变，从而可以应用于柔性电子设备或曲面器件。另外，反式结构的太阳电池更容易与其他层状材料集成，形成叠层器件，这种叠层结构可以用于设计更复杂的光电子器件，提高器件的性能和功能。3、在反式钙钛矿太阳电池中，除有机导电聚合物(如pedot:pss、ptaa、ppp、pt)外，无机p型半导体中的低成本的氧化镍常被用于空穴传输层(sequential deposition ofch3nh3pbi3 on planar nio film for efficient planar perovskite solar cells,acsphotonics,2014,1,547；p-type mesoscopic nickel/organometallic perovskiteheterojunction solar cells,scientific reports,2014,4,4756)。除氧化镍成本低外，氧化镍在可见光波导表现出良好的透射率，使得钙钛矿能够吸收更多的可见光；氧化镍具有相对较高的电导率，有助于有效传输空穴从钙钛矿至电极；氧化镍的能级与钙钛矿材料的能级相匹配，形成适当的能级结构，有助于在界面处促进电子和空穴的有效分离和传输；氧化镍也具有良好的热稳定性，有助于提高钙钛矿太阳电池的长期稳定性和耐久性。这些原因均使得氧化镍成为优秀的空穴传输层材料。4、相比与化学气相沉积方法或物理气相沉积方法，应用溶液法制备氧化镍纳米颗粒，再用旋凃法将制备的氧化镍纳米颗粒旋凃在透明导电氧化物层上，具有制备方法简单、适用于大面积产业化制备的优点。但是，由于溶液反应的温度、ph值、反应时间控制失当和氧气参与反应等原因，溶液法制备的氧化镍纳米颗粒经常含有高价态的氧化镍(ni2o3或nio2)，这些高价态的镍离子相对不稳定，容易发生还原反应。特别地，高价态的镍离子与界面处的钙钛矿晶体之间发生氧化反应，导致钙钛矿晶体中氧的流失，影响钙钛矿的稳定性；另外，高价态镍离子的存在导致电荷转移，导致钙钛矿晶体结构变化，从而导致钙钛矿晶体分解，最终导致反式钙钛矿太阳电池的光电转换效率降低和寿命缩短。技术实现思路1、为解决以上问题，本发明一方面提供了一种氧化镍空穴传输层反式钙钛矿太阳电池，包括由下而上依次设置的透明导电氧化物层、空穴传输层、钙钛矿吸光层、电子传输层、金属电极层。空穴传输层为氧化镍纳米颗粒，氧化镍纳米颗粒为nio纳米颗粒。2、低价态镍的氧化物(nio)稳定，而高价态镍的氧化物(ni2o3和nio2)不稳定，容易发生氧化还原反应。本发明将氧化镍纳米颗粒限定为低价态镍的氧化物，提供了稳定的反式钙钛矿太阳电池。3、更进一步地，nio纳米颗粒由氧化镍纳米颗粒还原而得。这种方法具有良好的可扩展性，在工业应用中具有潜在的广泛应用前景。应用还原方法能够在相对较短的时间内制备大量的低价态nio纳米颗粒，可以通过优化还原过程中的条件和反应速率，使得反应能够在短时间内完成，确保了生产的高效性和稳定性。另外，应用还原方法制备的低价态nio纳米颗粒可以采用相对常见、易获取的前驱物质，这种原材料的广泛可获取有助于确保生产的稳定性，减少对稀有或昂贵原材料的依赖。4、更进一步地，氧化镍纳米颗粒由溶液法制备而得。溶液法制备过程相对简单，操作相对容易，不需要高温和高压调节，可以在相对温和的实验条件下进行。溶液法可以通过调节溶液中反应物的浓度、温度、ph值等参数，实现对氧化镍纳米颗粒尺寸和形貌的调控，以调控最终反式钙钛矿太阳电池的性能。最重要地，应用溶液法制备氧化镍纳米颗粒的成本低，不需要昂贵的设备，原材料成本较低，有助于工业应用中降低制备成本。5、更进一步地，氧化镍纳米颗粒的粒径小于20纳米。较小尺寸的氧化镍纳米颗粒具有更高的比表面积，有助于提高电荷传输效率，提高反式钙钛矿太阳电池的响应速度和效率。较小尺寸的氧化镍纳米颗粒有利于形成平整的空穴传输层/钙钛矿吸光层界面，提高载流子在空穴传输层和钙钛矿吸光层之间的传输效率，减少载流子在界面处的散射和复合，从而提高载流子的迁移率；另外，平整的界面可以提供钙钛矿吸光层的光吸收效率，增加光电流的产生。6、更进一步地，透明导电氧化物层为ito。电子传输层为二氧化钛、二氧化锡、氧化锌或富勒烯类。金属电极层为金或银或铜。7、另一方面，本发明提供了一种氧化镍空穴传输层反式钙钛矿太阳电池的制备方法，包括如下步骤：8、步骤1、准备透明导电氧化物层；9、步骤2、在透明导电氧化物层上制备氧化镍纳米颗粒；10、步骤3、将氧化物纳米颗粒还原为nio纳米颗粒；11、步骤4、在nio纳米颗粒上制备钙钛矿吸光层；12、步骤5、在钙钛矿吸光层上制备电子传输层；13、步骤6、在电子传输层上制备金属电极层。14、更进一步地，在步骤2中，将应用溶液法预先制备的氧化镍颗粒旋凃在透明导电氧化物层上。15、更进一步地，在步骤3中，应用氢气将氧化物纳米颗粒还原为nio纳米颗粒。氢气是一种强效的还原剂，能够高效地还原高价态镍氧化物为低价态镍氧化物，反应速度快，氢气还原方法有助于提高反应的效率。16、更进一步地，氢气为高温高压状态，氢气还原高价态氧化镍的温度大于200℃、小于400℃，压强大于1个大气压、小于10个大气压，以提高反应速率。17、更进一步地，透明导电氧化物置于加热台上，使得透明导电氧化物和高价态镍氧化物均处于高温环境中还原，有助于提高透明导电氧化物与氧化镍纳米颗粒之间的结合强度，使得结合更加牢固，减少了界面的机械剥离和稳定性方面的问题。高温还有利于提高原子扩散速率，促进透明导电氧化物和氧化镍之间的原子相互渗透，形成更均匀的界面，减少界面缺陷，提高电荷传输效率。18、本发明的有益效果：19、(1)本发明将氧化镍纳米颗粒限定为nio纳米颗粒(低价态)，低价态镍离子稳定性高，不易发生氧化还原反应，提供了稳定的反式钙钛矿太阳电池。20、(2)本发明将镍氧化物旋凃到透明导电氧化物上后，再应用氢气还原高价态镍氧化物，除将高价态镍氧化物高效地还原为低价态镍氧化物外，还具有诸多方面的优点：在高温高压的氢气环境中，nio纳米颗粒更容易形成致密、稳定、平整的薄膜，便于钙钛矿吸光层吸收更多的光，也便于载流子从界面处穿过，从光、电两方面提高了光电转换效率。21、综合以上有益效果，本发明在钙钛矿太阳电池领域具有良好的应用前景。当前第1页12当前第1页12
技术特征：1.一种氧化镍空穴传输层反式钙钛矿太阳电池，包括由下而上依次设置的透明导电氧化物层、空穴传输层、钙钛矿吸光层、电子传输层、金属电极层，其特征在于：所述空穴传输层为氧化镍纳米颗粒，所述氧化镍纳米颗粒为nio纳米颗粒。
2.如权利要求1所述的氧化镍空穴传输层反式钙钛矿太阳电池，其特征在于：所述nio纳米颗粒由氧化镍纳米颗粒还原而得。
3.如权利要求1所述的氧化镍空穴传输层反式钙钛矿太阳电池，其特征在于：所述氧化镍纳米颗粒由溶液法制备而得。
4.如权利要求1所述的氧化镍空穴传输层反式钙钛矿太阳电池，其特征在于：所述氧化镍纳米颗粒的粒径小于20纳米。
5.如权利要求1所述的氧化镍空穴传输层反式钙钛矿太阳电池，其特征在于：所述透明导电氧化物层为ito，所述电子传输层为二氧化钛、二氧化锡、氧化锌或富勒烯类，所述金属电极层为金或银或铜。
6.如权利要求1所述的氧化镍空穴传输层反式钙钛矿太阳电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
7.如权利要求6所述的氧化镍空穴传输层反式钙钛矿太阳电池的制备方法，其特征在于：在步骤2中，将应用溶液法预先制备的氧化镍颗粒旋凃在所述透明导电氧化物层上。
8.如权利要求7所述的氧化镍空穴传输层反式钙钛矿太阳电池的制备方法，其特征在于：在步骤3中，应用氢气将所述氧化物纳米颗粒还原为所述nio纳米颗粒。
9.如权利要求8所述的氧化镍空穴传输层反式钙钛矿太阳电池的制备方法，其特征在于：所述氢气为高温高压状态。
10.如权利要求9所述的氧化镍空穴传输层反式钙钛矿太阳电池的制备方法，其特征在于：所述透明导电氧化物置于加热台上。
技术总结本申请涉及太阳电池技术领域，具体涉及一种氧化镍空穴传输层反式钙钛矿太阳电池及其制备方法。该氧化镍空穴传输层反式钙钛矿太阳电池包括由下而上依次设置的透明导电氧化物层、空穴传输层、钙钛矿吸光层、电子传输层、金属电极层。空穴传输层为氧化镍纳米颗粒，氧化镍纳米颗粒为NiO纳米颗粒。应用氢气将所述氧化物纳米颗粒还原为所述NiO纳米颗粒，提供了更稳定的反式钙钛矿太阳电池。另外，本发明将镍氧化物旋凃到透明导电氧化物上后，再应用氢气还原高价态镍氧化物，NiO纳米颗粒更容易形成致密、稳定、平整的薄膜，便于钙钛矿吸光层吸收更多的光，也便于载流子从界面处穿过，从光、电两方面提高了光电转换效率。
技术研发人员：杨雯,杨培志,杨启鸣,张力元,张云博,王琴,孟广昊
受保护的技术使用者：云南师范大学
技术研发日：技术公布日：2024/5/29
