[发明专利]一种多元氧化物及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种多元氧化物及其制备方法和应用，所述制备方法包括：将金属化合物原料在氧化性气氛下采用高能光辐照，得到多元氧化物；所述金属化合物原料包括含金属M的化合物；所述金属M包括Ni、Co或Zn中的任意一种；所述制备方法无需高温处理，在室温下即可得到作为空穴传输层材料或电子传输层的材料的多元氧化物，操作简单，环境友好，能耗与原料成本低，经济效益好，有利于工业化规模生产，具有较好的工业应用前景。

技术领域

本发明属于太阳能电池材料技术领域，具体涉及一种多元氧化物及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，全无机钙钛矿太阳能电池在光伏领域吸引了广泛的关注，其中，无机氧化镍(NiO)薄膜在电池结构中作为空穴传输层已发展成为钙钛矿电池研究的重要方向。NiO是具有典型的3d电子结构的过渡金属氧化物，其晶体结构为NaCl立方结构。室温下，完全符合化学计量比的NiO是绝缘体，通常很难获得；非化学计量比的NiO_x中因存在本征受主缺陷而呈现p型导电体的特性。目前，研究发现Li掺杂能够提高NiO材料的空穴浓度，增强其p型导电特性；Mg掺杂可以增加NiO材料的禁带宽度，提高其光学透过率。基于其宽禁带p型透明导电特性，NiO材料常作为透明电极、空穴传输层以及电子阻挡层等被应用在光电器件的研究中。

目前，氧化镍薄膜的制备方法有：磁控溅射法、脉冲激光沉积法、分子束外延法、化学气相沉积法、原子沉积法、热蒸发法、溶胶－凝胶法等。磁控溅射法是在高真空条件下充入适量的氩气，在阴极(柱状靶或平面靶)和阳极(镀膜室壁)之间施加几百千伏的直流电压，在镀膜室内产生磁控型异常辉光放电，使氩气发生电离。采用该方法制备的薄膜具有镀膜层与基材的结合力强、镀膜层致密均匀等优点，但设备昂贵，技术较复杂，不易于大面积的薄膜制备。分子束外延法、化学气相沉积法、原子沉积法同样存在上述问题。脉冲激光沉积法是利用激光对物体进行轰击，然后将轰击出来的物质沉淀在不同的衬底上，得到沉淀或者薄膜的一种方法；该方法具有沉积速率快、实验周期短、衬底温度低、制备的薄膜均匀等优点，可用于制备多种薄膜材料，但NiO_x薄膜需要经450℃退火。热蒸发法、溶胶－凝胶法通过前驱体的处理，可以获得纳米NiO_x薄膜，但同样需要经过高温制备这一过程，技术较复杂，不易于大面积的薄膜制备。

CN106544666A公开了一种原位制备NiO纳米片薄膜材料的方法，该方法主要步骤包括：首先，将金属镍基体清洗除尘、除锈、除油以获得清洁的镍表面；其次，配制水性电解液，原料为碳酸盐，其浓度为10～300g/L；然后，将电解液放入反应釜中，同时将干净的镍基体浸入电解液中，并密封反应釜，再将反应釜置于马弗炉中在150～250℃进行水热反应10～96小时，使得金属镍表面发生氧化反应生成前驱体薄膜；最后，将水热后的电极取出、清净、干燥，并置于加热炉中在250～500℃下进行脱水热处理，即获得原位生长的NiO纳米片薄膜材料。CN107240624A公开了一种NiO复合薄膜、量子点发光器件及其制备和应用，该方法采用M:NiO/NiO复合薄膜结构，由M金属掺杂NiO的M:NiO薄膜层和NiO薄膜层复合而成具有NiO成分梯度的M:NiO/NiO结构形式的复合材料薄膜，其中M金属为Li、Mg和Cu中的任意一种金属或合金，M金属掺杂NiO薄膜层中M掺杂摩尔比例为1～5mol％。上述专利公开的制备过程，均需借助外部热源，进行高温处理，而高温合成半导体空穴传输层或电子传输层，不仅工艺复杂、消耗能量、成本高，而且受加热设备的限制、难以工业化生产大面积光电器件，特别是不能应用于生产大面积的柔性太阳能电池。

因此，如何优化制备工艺，提供一种无需高温处理，即可得到光电性能较好的半导体空穴传输层材料或电子传输层材料，成为当前亟待解决的问题。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种多元氧化物及其制备方法和应用，所述制备方法原料易得、工艺简单、成本低，室温下即可制备得到光电性能较好的半导体空穴传输层材料或电子传输层材料，有利于规模化生产，具有良好的工业应用前景。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：