一种锂、银共掺氧化镍薄膜及其在钙钛矿太阳电池中的应用的制作方法

本发明涉及一种锂、银共掺氧化镍薄膜及其在钙钛矿太阳电池中的应用，属于新材料太阳能电池技术领域。

背景技术：

有机-无机杂化钙钛矿材料拥有优越的电荷传输性质、载流子扩散距离长、全光谱吸收和高吸光系数等优势，这使得这种材料可以有效地吸收太阳光,并高效地产生光生载流子，同时减少在光电转换过程中的能量损失。基于有机-无机杂化钙钛矿材料的太阳能电池由于其效率的快速提升引起了人们的广泛关注。自2009年以来,其效率从3.8％增加到了22％以上，成为目前新型太阳能电池研究中最活跃的领域。

氧化镍(niox)因其易制备，能级匹配等突出优点被用作于反向平面钙钛矿太阳能电池的空穴传输层受到广泛研究。在众多合成niox的方法中，室温溶液法制备出的niox纳米粒子在应用在电池器件中时无需额外退火热处理，这极大地拓展了niox的应用范围，例如用于柔性器件。但由于纯niox本身电导率不够高，因此，提高niox的电导率对提高其性能以及电池转化效率具有重要意义。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种钙钛矿太阳电池用锂、银共掺杂氧化镍纳米粒子的制备方法，用室温溶液法合成锂、银共掺杂niox纳米粒子。

本发明的另一个目的是提供锂、银共掺杂氧化镍纳米粒子在反向平面钙钛矿太阳能电池的空穴传输层的应用，以提高其光电转换效率。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明的一种钙钛矿太阳电池用锂、银共掺杂氧化镍纳米粒子的制备方法，包括以下步骤：

(1)分别称取一定量的ni(no3)2·6h2o、lino3和agno3加入去离子水中搅拌溶解，其摩尔比范围为0.989～0.98:0.001～0.005:0.01～0.015，再称取一定量naoh溶于水，配制浓度为9～10mol/l的naoh溶液。

(2)将naoh溶液缓慢滴加到ni(no3)2·6h2o、lino3和agno3的溶液中，直至ph到9.8～10时，停止滴加，得到绿色悬浊液，并搅拌5～10分钟。

(3)将所得悬浊液抽滤得到沉淀，再将沉淀分散到去离子水中，此步骤重复三遍。

(4)洗净后的沉淀放入坩埚，并60～80℃真空干燥6～8个小时，得到绿色固体，再将坩埚放入马弗炉中265～275℃煅烧2～3小时，得到黑色锂、银共掺杂niox的纳米粒子粉末，留作后用。

步骤(1)中ni(no3)2·6h2o、lino3和agno3三者的摩尔总和为1。

本发明所述的一种锂、银共掺杂氧化镍纳米粒子在钙钛矿太阳电池中的应用，包括以下步骤：

(1)透明导电ito玻璃衬底处理：将已刻蚀的导电玻璃分别用玻璃清洗剂、去离子水、丙酮、异丙醇超声处理15分钟，再用氮气枪将衬底吹干，紫外照射处理十分钟。

(2)锂、银共掺杂niox纳米粒子薄膜制备：将制得的锂、银共掺杂niox纳米粒子粉末溶于去离子水，超声15～30分钟，旋涂成膜。

(3)钙钛矿薄膜前躯体溶液的配制：将pbi2和ch3nh3i按照摩尔比例为1:1溶解在含有二甲基亚砜(dmso)的n,n-二甲基甲酰胺(dmf)溶液中(dmso和dmf的体积比为1:4)，在室温下搅拌12h。

(4)钙钛矿活性层制备：将已配制的钙钛矿前驱体溶液旋涂在锂、银共掺杂niox纳米粒子薄膜表面，再经过60～65℃加热1～3分钟，95～100℃加热10分钟得到钙钛矿活性层。

(5)电子传输层的制备：在钙钛矿薄膜表面以1500rpm的转速旋涂浓度为25mg/ml的富勒烯衍生物pcbm氯苯溶液。之后在pcbm表面以5000rpm的转速旋涂2,9-二甲基-4,7-二苯基-1,10-菲啰啉(bcp)甲醇饱和溶液。

(6)ag电极的制备：用热蒸镀法得到厚度为150～200nm的ag电极，得到完整的钙钛矿太阳能电池器件。

步骤(3)中pbi2的摩尔浓度为0.88-1.2m；

我们提出用室温溶液法合成锂、银共掺的氧化镍纳米粒子，并将其应用于钙钛矿太阳能电池的空穴传输层，这种方法可以有效地将钙钛矿太阳能电池的光电转换效率从10.58％提高到16.38％。

附图说明

图1为室温溶液法制备的未掺杂niox纳米粒子薄膜的扫描电镜照片。

图2为本发明室温溶液法制备的锂、银共掺杂niox纳米粒子薄膜的扫描电镜照片。

图3为本发明的采用锂、银共掺杂的niox纳米粒子薄膜作为空穴传输层制备的钙钛矿太阳能电池与采用的未掺杂的niox纳米粒子薄膜作为空穴传输层制备的钙钛矿太阳能电池的i-v性能比较。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行进一步的详细说明。

实施例1：

锂、银共掺杂niox纳米粒子的合成。

(1)分别称取摩尔比为0.98:0.005:0.015的ni(no3)2·6h2o、lino3和agno3加入去离子水中搅拌溶解，再称取一定量naoh溶于水，配制浓度为10mol/l的naoh溶液。

(2)将naoh溶液缓慢滴加到ni(no3)2·6h2o、lino3和agno3的溶液中，直至ph到10时，停止滴加。得到绿色悬浊液，并搅拌5分钟。

(3)将所得悬浊液抽滤得到沉淀，再将沉淀分散到去离子水中，此步骤重复三遍。

(4)洗净后的沉淀放入坩埚，并80℃真空干燥6小时，得到绿色固体，再将坩埚放入马弗炉中270℃煅烧2小时，得到黑色锂、银共掺杂niox的纳米粒子粉末，留作后用。

如图1和图2所示，分别为niox纳米粒子薄膜和锂、银掺杂niox纳米粒子薄膜，可以看出锂、银共掺杂后形成的纳米粒子粒径更小，可以更有效地分散在溶液中，形成的膜也更加均匀。

钙钛矿太阳能电池器件的制备。

(1)透明导电ito玻璃衬底处理：将已刻蚀的导电玻璃分别用玻璃清洗剂、去离子水、丙酮、异丙醇超声处理15分钟，再用氮气枪将衬底吹干，紫外照射处理十分钟。

(2)锂、银共掺杂niox纳米粒子薄膜制备：将制得的锂、银共掺杂niox纳米粒子粉末溶于去离子水，超声15分钟，旋涂成膜。

(3)钙钛矿薄膜前躯体溶液的配制：将pbi2和ch3nh3i按照摩尔比例为1:1，pbi2的摩尔浓度为0.88m-1.2m，溶解在含有二甲基亚砜(dmso)的n,n-二甲基甲酰胺(dmf)溶液中(dmso和dmf的体积比为1:4)，在室温下搅拌12h。

(4)钙钛矿活性层制备：将已配制的钙钛矿前驱体溶液旋涂在锂、银共掺杂niox纳米粒子薄膜表面，再经过60～65℃加热1～3分钟，95～100℃加热10分钟得到钙钛矿活性层。

(5)电子传输层的制备：在钙钛矿薄膜表面以1500rpm的转速旋涂浓度为25mg/ml的富勒烯衍生物pcbm氯苯溶液。之后在pcbm表面以5000rpm的转速旋涂2,9-二甲基-4,7-二苯基-1,10-菲啰啉(bcp)甲醇饱和溶液。

(6)ag电极的制备：用热蒸镀法得到厚度为150～200nm的ag电极，得到完整的钙钛矿太阳能电池器件。

如图3所示，基于锂、银掺杂niox后的电池器件短路电流明显得到提高，从而有效提高了钙钛矿太阳能电池的光电转化效率。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。