[发明专利]锌掺杂氧化镍纳米颗粒空穴传输层反置钙钛矿太阳能电池及制备方法

说明书

本发明涉及一种锌掺杂氧化镍纳米颗粒空穴传输层反置钙钛矿太阳能电池及制备方法。本发明采用全新的空穴传输层，通过掺杂锌优化氧化镍纳米颗粒得到高透光率，高电导率，高功函与钙钛矿匹配良好的空穴提取层，通过组装进而得到高效钙钛矿太阳能电池。首先将硝酸锌和硝酸镍六水合物按比例混合于碱性水溶液中，通过离心、干燥和煅烧得到锌掺杂氧化镍纳米颗粒，然后将其旋涂到氟掺杂氧化锡玻璃（FTO玻璃）上，通过加热干燥得到高性能锌掺杂氧化镍薄膜，提高了薄膜透光度及空穴提取效率，进而降低了电池串联电阻，优化了电池光电转换效率。

技术领域

本发明属于钙钛矿太阳能电池制备的技术领域，特别涉及一种锌掺杂氧化镍纳米颗粒空穴传输层反置钙钛矿太阳能电池及制备方法。

背景技术

钙钛矿太阳能电池自2009年第一次报道以来，能量转换效率日新月异，由最初的3.8%提升到了22.1%。钙钛矿太阳能电池的横空出世为太阳能电池的发展带来了新希望。钙钛矿吸光层两侧分别是电子传输层和空穴传输层，其中空穴传输层提取空穴的能力直接决定着太阳能电池的光电转换效率，可见空穴传输层的重要性不言而喻。

目前大多数高光电转换效率的太阳能电池所使用的空穴传输层为有机空穴传输层（如PEDOT：PSS、PTAA、spiro-OMeTAD等），但是有机空穴传输材料制备工艺复杂，价格昂贵，并不满足大规模生产的要求。因此，找到替代有机空穴传输层的无机材料至关重要。

氧化镍是一种宽禁带p型半导体材料，禁带宽度为3.6 eV，与钙钛矿能级匹配，并且在可见光范围内具有高透光度，适合用于钙钛矿太阳能电池等光电子器件中，但其较低的电导率一直是该空穴传输层的劣势所在，而掺杂可最大限度的改变这一现状。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现存的技术不足，提供了一种利用廉价新材料（氧化镍）制备的锌掺杂氧化镍纳米颗粒空穴传输层反置钙钛矿太阳能电池，改善了电池串联电阻，通过提高空穴提取效率从而优化电池性能，为开发廉价高效的钙钛矿太阳能电池提供了一种新思路。

本发明还提供了上述太阳能电池的制备方法。

为了克服已经存在的技术不足，本发明的技术方案为：

本发明公开了一种锌掺杂氧化镍纳米颗粒空穴传输层反置钙钛矿太阳能电池，其特征在于采用以下制备方法制成：（1）、以FTO玻璃作为窗口层进行部分刻蚀；（2）、制备锌掺杂氧化镍纳米颗粒空穴传输层；（3）、制备钙钛矿体异质结薄膜；（4）、在钙钛矿层上制备电子传输层；（5）、在电子传输层上制备电极修饰层；（6）、在电极修饰层上制备金属电极，从而获得太阳能电池；

所述锌掺杂氧化镍纳米颗粒空穴传输层是采用以下方法制成：将硝酸锌和硝酸镍六水合物按比例混合于碱性水溶液（PH=10）中，通过用去离子水离心3次、80℃干燥8h及275℃煅烧2h得到锌掺杂氧化镍纳米颗粒，然后将锌掺杂氧化镍纳米颗粒溶于去离子水与异丙醇的混合溶液中制成锌掺杂氧化镍前驱液，然后2500rmp旋涂前驱液1min于氟掺杂氧化锡玻璃（FTO玻璃）基板，所得基板放在室温下自然干燥，即得到锌掺杂氧化镍纳米颗粒空穴传输层。

上述本发明的反置钙钛矿太阳能电池，优选的：所述硝酸锌与硝酸镍的摩尔比为3-7:97-93，离子水与异丙醇的体积比为4:1，硝酸锌与硝酸镍在混合溶剂中的浓度为1M。

上述本发明的反置钙钛矿太阳能电池，优选的：所述FTO玻璃的厚度为300nm；锌掺杂氧化镍空穴传输层的厚度为30nm；钙钛矿体异质结薄膜的厚度为300nm；电子传输层的厚度为30nm；电极修饰层的厚度为10nm；金属电极的厚度为60nm。

上述本发明的反置钙钛矿太阳能电池，优选的：所述锌掺杂氧化镍纳米颗粒的粒径为30-50nm。

本发明还公开了一种上述锌掺杂氧化镍纳米颗粒空穴传输层反置钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于采用以下步骤：