[发明专利]一种可规模化生产的高稳定无机空穴传输薄膜的制备方法

说明书

本发明涉及一种可规模化生产的高稳定无机空穴传输薄膜的制备方法，包括以下步骤：(1)将二价铜源、三价铁源和三价铬源溶于去离子水中，搅拌均匀后加入碱源，搅拌15～30min，然后将混合溶液移入反应釜进行水热反应；(2)向步骤(1)所得产物中加入稀盐酸调节溶液pH至6.5～7.5，随后依次用去离子水和乙醇离心清洗产物，将清洗后的产物分散在醇类有机溶剂中，制得Fe‑CuCrO₂胶体溶液；(3)将步骤(2)所得的胶体溶液转移到喷枪中，喷涂在预热的导电基底表面，控制喷涂时间获得不同层厚的薄膜，加热退火，得到薄膜。与现有技术相比，本发明工艺简单，原料易得，成本低廉，能耗低，可规模化生产，所得Fe‑CuCrO₂薄膜稳定性高，能够提高空穴提取率，同时有效阻挡电子注入。

技术领域

本发明涉及钙钛矿太阳能电池技术领域，具体涉及一种可规模化生产的高稳定无机空穴传输薄膜的制备方法。

背景技术

随着能源短缺问题日益严峻，人们开始寻找可以替代传统能源的新能源，其中太阳能因其取之不尽用之不竭的优点，成为关注的热点。近年来，在不断追求高效率、低成本太阳能电池的大背景下，一种基于有机-无机杂化钙钛矿材料的太阳能电池异军突起，在极短时间内，其光电转换效率就节节攀升。钙钛矿材料通过吸收太阳光，产生电子和空穴对，在内置电场的作用下，电子和空穴对向两极移动，产生电流回路。钙钛矿太阳能电池的结构类似于三明治，电子传输层和空穴传输层分别覆盖在钙钛矿的上层和下层，其中，空穴传输层能够加速光生电子空穴对中空穴的分离，同时阻挡电子注入。因此，理想的空穴传输材料HOMO能级应该在钙钛矿的能级之上，具体应该在-5.1至-5.3eV之间。

传统空穴传输层使用的材料是Spiro-OMeTAD，这是一种有机材料，其成本昂贵、提纯困难，不利于钙钛矿太阳能电池大规模生产，并且Spiro-OMeTAD分子对称性高，易结晶，会对薄膜的稳定性有一定影响。因此近年来，有许多对于修饰空穴传输层的报道，申请号201810636558.7的发明公开了一种基于PVA修饰空穴传输层的钙钛矿太阳能电池，包括下透明电极层与上电极层，在下透明电极层与上电极层之间夹有五层功能层，五层功能层由下到上依次为空穴传输层、PVA界面修饰层、钙钛矿活性层、电子传输层以及缓冲层。

无机空穴传输材料因其较好的化学稳定性、高空穴迁移率和低成本等优点受到了广泛关注。其中代表性的NiO是一种立方宽带隙p型半导体，通常表现三价镍(III)和四价镍(IV)氧化后的混合物(即NiO_x)，具有高透射率，是目前广泛使用的无机空穴传输材料。NiO_x薄膜常通过高温喷雾热解法制备得到，严苛的高温条件不利于电池的工业化大规模发展，因此有报道通过低温法制备NiO_x纳米颗粒，但是低温制备得到的NiO_x薄膜电导率较低。自从Kawazoe报道了CuAlO₂在室温下电导率达到1S cm^-1，CuAO₂(A＝B,Al,Ga,In,Fe,Cr,Sc)这类P型透明氧化物半导体就备受关注，公开号为CN105679941B的发明将CuGaO₂应用于正式平面结构的钙钛矿电池的空穴传输层，制备的器件获得的光电转换效率最高为11.8％。公开号为CN102312231B的发明将乙酸铜和硝酸铬溶解在丙酸中，通过溶胶凝胶法制备了CuCrO₂薄膜。该方法在300～600℃下通过重复3-5次预烧过程得到具有一定厚度的薄膜，最终在800～1000℃条件下保温1h得到CuCrO₂薄膜，步骤繁杂且耗能高。因此无机空穴传输层薄膜的制备工艺和光电性能仍有可以改进和提高的地方。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可规模化生产的高稳定无机空穴传输薄膜的制备方法，工艺简单，原料易得，成本低廉，能耗低，可规模化生产，所得Fe-CuCrO₂薄膜稳定性高，能够进一步提高空穴提取率，同时有效阻挡电子注入。