CN105514275A - 基于NiO空穴传输层的甲胺铅碘基太阳能电池制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于NiO空穴传输层的甲胺铅碘基太阳能电池制备方法，包括：将Li2O加入NiO粉末中，并用研钵充分研磨，将两者均匀混合；将混合粉末加入压片磨具中并加压得到靶材胚体；将胚体放入马弗炉，在空气中于1000摄氏度烧结4小时，自然冷却至室温后得到NiO靶材；将NiO靶材和清洗后的导电玻璃衬底固定在真空沉积腔内，抽真空至10-4帕；通入氩气和氧气的混合气体；用248nm的气体激光器轰击NiO靶材，使NiO气化并沉积在导电玻璃衬底上；将沉积了NiO导电层的衬底转移到手套箱中，并在其上生长甲胺铅碘基光吸收层和n型电子传输层；将以上样品表面用掩膜版覆盖，转移到热蒸发设备中蒸发金属电极。
Description
技术领域
本发明属于新型太阳能电池制作技术领域，具体涉及一种可用于甲胺铅碘基太阳能电池的NiO空穴传输层的制备方法。
背景技术
钙钛矿型甲胺铅碘（CH3NH3PbI3，MAPbI3）太阳能电池因具有光电转化效率高、制备简单、成本低廉等优点，吸引了众多科研工作者的关注。五年内，其实验室光电转化效率已由3.8%提高到19.3%，列《Science》评选的2013年十大科学突破第七位。尽管该类电池的相关研究进展很快，但仍然存在诸多问题，其中空穴传输层的成本和稳定性问题最为突出。
目前甲胺铅碘基新型太阳能电池所广泛采用的空穴传输材料是有机空穴导电层，比如Spiro-OMeTAD。高纯Spiro-OMeTAD的价格是铂和金的10倍以上！尽管随着钙钛矿型太阳能电池的兴起，这种有机半导体材料不断增大的需求会降低材料的制备成本，但由于材料制备方法和光伏器件对材料纯度要求的限制，材料的价格也不会降低太多。此外，有机半导体的长期稳定性差，在光照条件下尤为突出，显然不利于大面积工业化生产和应用。因此，用廉价的高迁移率无机半导体（以NiO为代表）代替有机半导体材料作空穴传输层制备低成本、长期稳定的高效率全无机钙钛矿型MAPbI3基太阳能电池是一项充满挑战的工作。
NiO作为空穴传输层，需要具有优良的空穴传输性能，而空穴传输性能的好坏由掺杂剂的浓度直接决定。在目前的NiO薄膜的制备方法中，最为常用的是溶胶凝胶法和磁控溅射法，这两种方法制备的薄膜往往存在薄膜结晶质量较差或掺杂浓度低且难以控制等问题。
因此,需要提供一种新型的太阳能电池的制备方法来提高太阳能电池整体的利用效率。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种基于NiO空穴传输层的甲胺铅碘基太阳能电池制备方法，用此方法制备的薄膜晶体质量高、载流子浓度达到1020以上；用此方法制备的NiO薄膜做成的钙钛矿型甲胺铅碘基薄膜太阳能电池的效率可以达到10%。
一种基于NiO空穴传输层的甲胺铅碘基太阳能电池制备方法，所述甲胺铅碘基太阳能电池制备方法的制作包括以下步骤：
S1，将Li2O加入NiO粉末中，并用研钵充分研磨，将两者均匀混合；将混合粉末加入压片磨具中并加压得到靶材胚体；将胚体放入马弗炉，在空气中于1000摄氏度烧结4小时，自然冷却至室温后得到NiO靶材；
S2，将NiO靶材和清洗后的导电玻璃衬底固定在真空沉积腔内，抽真空至10-4帕；通入氩气和氧气的混合气体；用248nm的气体激光器轰击NiO靶材，使NiO气化并沉积在导电玻璃衬底上；
S3，将沉积了NiO导电层的衬底转移到手套箱中，并在其上生长甲胺铅碘基光吸收层和n型电子传输层；将以上样品表面用掩膜版覆盖，转移到热蒸发设备中蒸发金属电极。
优选地，所述步骤S1具体为：
称取0.149克Li2O粉末和7.47克NiO粉末，放入玛瑙研钵中充分混合并研磨20分钟，使两者均匀混合，将研磨好的混合粉末倒入压片磨具中，放到压片机加5MPa压力并保持10分钟后取出靶材胚体，将靶材胚体放入马弗炉中，以每分钟5摄氏度的速率加热到1000摄氏度并保温4小时进行烧结，然后自然冷到室温，得到NiO的靶材。
优选地，所述步骤S2具体为：
将NiO靶材和清洗后的导电玻璃衬底固定在真空沉积腔内，用机械泵和分子泵抽真空至10-4帕后通入氩气和氧气的混合气体，使腔内压力保持在10mTorr。用248nm的KrF气体脉冲激光器轰击NiO靶材1000个脉冲，使NiO气化并沉积在导电玻璃衬底上，其中氧气的含量从0%到100%，衬底温度从室温到400度可调。
优选地，所述步骤S3具体为：
将在沉积腔中取出的衬底转移到手套箱中，用一步或两步液相法生长甲胺铅碘基光吸收层，光吸收层的成分可以调节并改变太阳能电池的光谱响应范围；在手套箱中旋涂n型电子传输层，例如PCBM或用PLD法生长AZO电子传输层；最后，在生长完n型层的样品表面覆盖掩模板，并转移到热蒸发沉积腔中沉积80nm金或者银薄膜；金属薄膜沉积完毕后去除掩模板，最终得到薄膜太阳能电池。
本发明的技术方案具有以下有益效果：
本发明提供一种基于NiO空穴传输层的甲胺铅碘基太阳能电池制备方法，通过控制脉冲激光沉积的沉积参数，可以实现p型NiO薄膜电学和光学性能的调节，取代现有技术中的有机空穴传输层，降低了电池的制备成本，提高电池的长期稳定性。用此方法制备的薄膜晶体质量高、载流子浓度达到1020以上，用此方法制备的NiO薄膜做成的钙钛矿型甲胺铅碘基薄膜太阳能电池的效率可以达到10%。
附图说明
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
图1是本发明基于NiO空穴传输层的甲胺铅碘基太阳能电池制备方法的流程框图。
具体实施方式
为了清楚了解本发明的技术方案，将在下面的描述中提出其详细的结构。显然，本发明实施例的具体施行并不足限于本领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的优选实施例详细描述如下，除详细描述的这些实施例外，还可以具有其他实施方式。
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
本实施例提供一种采用脉冲激光沉积法制备的NiO薄膜作为p型导电层组装的甲胺铅碘基新型薄膜太阳能电池，其中NiO薄膜取代传统有机导电层，可降低制备成本、提高电池的长期稳定性。所述NiO薄膜的电学和光学性能可以通过脉冲激光沉积的各个沉积参数进行调控，有利于采用多种措施改善电池的性能。
（1）首先将透明导电衬底置于饱和NaOH的乙醇溶液中超声15分钟，用去离子水漂洗后，再用去离子水超声15分钟，用压缩气体吹干备用。
称取0.149克氧化锂粉末和7.47克氧化镍粉末，加入玛瑙研钵中充分混合，并研磨20分钟，使两者混合均匀。将研磨好的混合粉末倒入压片磨具中，放到压片机加5MPa压力并保持10分钟后取出靶材胚体。将靶材胚体放入马弗炉中，以每分钟5摄氏度的速率加热到1000摄氏度并保温4小时，然后自然冷却到室温，得到NiO的靶材。
（2）将NiO靶材和清洗后的导电玻璃衬底固定在真空沉积腔内，用机械泵和分子泵抽真空至10-4帕后通入氩气和氧气的混合气体，使腔内压力保持在10mTorr。用248nm的KrF气体脉冲激光器轰击NiO靶材1000个脉冲，使NiO气化并沉积在导电玻璃衬底上。其中氧气的含量从0%到100%，衬底温度从室温到400度可调。
（3）将在沉积腔中取出的衬底转移到手套箱中，用一步或两步液相法生长甲胺铅碘基光吸收层，光吸收层的成分可以调节并改变太阳能电池的光谱响应范围；在手套箱中旋涂n型电子传输层，例如PCBM或用PLD法生长AZO电子传输层。
最后，在生长完n型层的样品表面覆盖掩模板，并转移到热蒸发沉积腔中沉积80nm金或者银薄膜。金属薄膜沉积完毕后去除掩模板，最终得到薄膜太阳能电池。
本发明提供一种基于NiO空穴传输层的甲胺铅碘基太阳能电池制备方法，通过控制脉冲激光沉积的沉积参数，可以实现p型NiO薄膜电学和光学性能的调节，取代现有技术中的有机空穴传输层，降低了电池的制备成本，提高电池的长期稳定性。用此方法制备的薄膜晶体质量高、载流子浓度达到1020以上，用此方法制备的NiO薄膜做成的钙钛矿型甲胺铅碘基薄膜太阳能电池的效率可以达到10%。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。
Claims (4)
1.基于NiO空穴传输层的甲胺铅碘基太阳能电池制备方法，其特征在于，所述甲胺铅碘基太阳能电池制备方法的制作包括以下步骤：
S1，将Li2O加入NiO粉末中，并用研钵充分研磨，将两者均匀混合；将混合粉末加入压片磨具中并加压得到靶材胚体；将胚体放入马弗炉，在空气中于1000摄氏度烧结4小时，自然冷却至室温后得到NiO靶材；
S2，将NiO靶材和清洗后的导电玻璃衬底固定在真空沉积腔内，抽真空至10-4帕；通入氩气和氧气的混合气体；用248nm的气体激光器轰击NiO靶材，使NiO气化并沉积在导电玻璃衬底上；
S3，将沉积了NiO导电层的衬底转移到手套箱中，并在其上生长甲胺铅碘基光吸收层和n型电子传输层；将以上样品表面用掩膜版覆盖，转移到热蒸发设备中蒸发金属电极。
2.根据权利要求1所述的基于NiO空穴传输层的甲胺铅碘基太阳能电池制备方法，其特征在于，所述步骤S1具体为：
称取0.149克Li2O粉末和7.47克NiO粉末，放入玛瑙研钵中充分混合并研磨20分钟，使两者均匀混合，将研磨好的混合粉末倒入压片磨具中，放到压片机加5MPa压力并保持10分钟后取出靶材胚体，将靶材胚体放入马弗炉中，以每分钟5摄氏度的速率加热到1000摄氏度并保温4小时进行烧结，然后自然冷到室温，得到NiO的靶材。
3.根据权利要求1所述的基于NiO空穴传输层的甲胺铅碘基太阳能电池制备方法，其特征在于，所述步骤S2具体为：
将NiO靶材和清洗后的导电玻璃衬底固定在真空沉积腔内，用机械泵和分子泵抽真空至10-4帕后通入氩气和氧气的混合气体，使腔内压力保持在10mTorr，
用248nm的KrF气体脉冲激光器轰击NiO靶材1000个脉冲，使NiO气化并沉积在导电玻璃衬底上，其中氧气的含量从0%到100%，衬底温度从室温到400度可调。
4.根据权利要求1所述的基于NiO空穴传输层的甲胺铅碘基太阳能电池制备方法，其特征在于，所述步骤S3具体为：
将在沉积腔中取出的衬底转移到手套箱中，用一步或两步液相法生长甲胺铅碘基光吸收层，光吸收层的成分可以调节并改变太阳能电池的光谱响应范围；在手套箱中旋涂n型电子传输层，例如PCBM或用PLD法生长AZO电子传输层；最后，在生长完n型层的样品表面覆盖掩模板，并转移到热蒸发沉积腔中沉积80nm金或者银薄膜；金属薄膜沉积完毕后去除掩模板，最终得到薄膜太阳能电池。
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