油酸盐修饰的氧化镍纳米晶材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术提供了一种油酸盐修饰的氧化镍纳米晶材料及其制备方法与应用，本发明专利技术提供的油酸盐修饰的氧化镍纳米晶材料或通过本发明专利技术提供的制备方法制备的油酸盐修饰的氧化镍纳米晶材料，不容易发生团聚，具有更好的分散性与稳定性，制备方法简单环保；基于油酸盐修饰的氧化镍纳米晶空穴传输层，具有更好的致密性与覆盖性；基于油酸盐修饰的氧化镍纳米晶空穴传输层的钙钛矿太阳能电池，空穴传输层与宽带隙钙钛矿价带具备更好的能级匹配，和钙钛矿界面处的空穴传输势垒较小，开路电压明显提升，具备更好的电荷传输特性，钙钛矿电池的光电效率更高，分布更集中；本发明专利技术为基于氧化镍纳米晶空穴传输层的钙钛矿太阳能电池提供了一种有效的修饰策略。效的修饰策略。效的修饰策略。

【技术实现步骤摘要】
油酸盐修饰的氧化镍纳米晶材料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及钙钛矿太阳能电池
，具体涉及油酸盐修饰的氧化镍纳米晶材料、纳米晶材料的制备方法、油酸盐修饰的氧化镍纳米晶材料的应用、基于油酸盐修饰的氧化镍纳米晶空穴传输层和钙钛矿太阳能电池。

技术介绍

[0002]与传统的单晶硅太阳能电池、染料敏化太阳能电池、有机太阳能电池等新型薄膜太阳电池相比，钙钛矿太阳能电池成本低廉，制备方法简单，光电性能优异，具有较高的能量转化效率，可以满足丰富的市场需求，受到科研以及产业界的高度重视。
[0003]目前主流的钙钛矿太阳能电池，是由电荷传输层和钙钛矿层以及电极组成的多层膜平面异质结结构。其中电荷传输层的性能对于钙钛矿太阳能电池的整体性能的提升非常关键。空穴传输材料需要具有良好的空穴传输和电子阻挡能力，与钙钛矿材料具有良好的能级匹配，制备工艺与器件制备工艺兼容，良好的化学与光电稳定性等等。
[0004]氧化镍纳米晶作为一种宽禁带的P型氧化物半导体，其与钙钛矿活性层具有较好的能极匹配，空穴迁移率高，具有合成方法简单，原材料成本低廉，热稳定性好等优点，被广泛应用于钙钛矿太阳能电池空穴传输层。然而，氧化镍纳米晶作为空穴传输层也存在着一些问题，比如氧化镍的费米能级远离钙钛矿的价带最大值，这导致钙钛矿薄膜中的载流子能量损失较大；以及氧化镍本身电导率低、低的载流子传输和粗糙的界面所导致非辐射复合和器件漏电，这些都将影响钙钛矿太阳能电池的光电性能，从而影响钙钛矿太阳能电池的能量转化效率。
[0005]因此，研发具备更加匹配的能级结构和更加高效的载流子抽取效率的新型空穴传输材料，可以使钙钛矿太阳能电池的器件效率得到大幅度的提升。

技术实现思路

[0006]本专利技术针对上述技术问题，提供了一种油酸盐修饰的氧化镍纳米晶材料及其制备方法与应用，基于油酸盐修饰的氧化镍纳米晶空穴传输层与宽带隙钙钛矿价带具备更好的能级匹配，和钙钛矿界面处的空穴传输势垒较小，开路电压明显提升，具备更好的电荷传输特性，钙钛矿电池器件的能量转化效率更高，性能更好。
[0007]本专利技术的构思在于，采用油酸盐对氧化镍纳米晶进行修饰，利用油酸盐的化学特性与氧化镍纳米晶发生配位作用，改善氧化镍纳米晶的材料性能，使其具备更好的电荷传输性能，使基于油酸盐修饰的氧化镍纳米晶空穴传输层与钙钛矿薄膜具有更好的能级匹配，提高钙钛矿太阳能电池器件的效率与器件性能。
[0008]结合以上构思，本专利技术提供了如下的技术方案：
[0009]第一方面，本专利技术提供了一种油酸盐修饰的氧化镍纳米晶材料，包括：油酸盐和氧化镍纳米晶；所述油酸盐和氧化镍纳米晶的质量比为1：6000～18000。
[0010]进一步的，所述油酸盐为油酸钾或油酸钠或油酸铵盐中的至少一种。
[0011]第二方面，本专利技术提供了一种油酸盐修饰的氧化镍纳米晶材料的制备方法，包括以下步骤：
[0012]S1、制备油酸盐溶液：将油酸盐溶解于去离子水中，在加热条件下充分搅拌，油酸盐与去离子水的质量体积比为0.05～0.2mg/m1；
[0013]S2、制备氧化镍溶液：将氧化镍纳米晶分散于去离子水中，在室温下充分搅拌，过滤，超声处理，氧化镍纳米晶与去离子水的质量体积比为15～30mg/ml；
[0014]S3、制备油酸盐修饰的氧化镍纳米晶材料：将S1中制备的油酸盐溶液与S2中制备的氧化镍溶液按照1：80～120的体积比混合，在室温下充分搅拌，过滤。
[0015]室温是指室内温度，温度控制在20～25摄氏度。
[0016]进一步的，步骤S1中，所述加热条件为50～80摄氏度，充分搅拌时间为8～12小时，充分搅拌速度为500～1000rpm。
[0017]进一步的，步骤S2中，充分搅拌时间为8～12小时，充分搅拌速度为500～1000rpm，超声处理时间为10～20分钟，超声处理过程中水温控制在20～30摄氏度。
[0018]进一步的，步骤S3中，充分搅拌时间为2～4小时，充分搅拌速度为500～1000rpm。
[0019]第三方面，本专利技术提供了第一方面所述的油酸盐修饰的氧化镍纳米晶材料或第二方面制备方法制备的油酸盐修饰的氧化镍纳米晶材料在空穴传输层或钙钛矿太阳能电池制备中的应用。
[0020]第四方面，本专利技术提供了一种空穴传输层，包括第一方面所述的油酸盐修饰的氧化镍纳米晶材料或根据第二方面制备方法制备的油酸盐修饰的氧化镍纳米晶材料；
[0021]第五方面，本专利技术提供了第四方面所述空穴传输层的制备方法，包括：将油酸盐修饰的氧化镍纳米晶材料，通过匀胶机旋涂到导电衬底上。
[0022]进一步的，旋涂的速度为2000～4000rpm 30s。
[0023]第六方面，本专利技术提供了一种钙钛矿太阳能电池，包括第四方面或第五方面所述的空穴传输层。
[0024]在一些实施例中，本专利技术提供了一种钙钛矿太阳能电池，从下到上依次层叠设置玻璃基底、铟掺杂的氧化锡(ITO)透明电极层、空穴传输层、宽带隙钙钛矿层、C60电子传输层、浴铜灵(BCP)界面修饰层、银(Ag)阴极电极，所述空穴传输层为第四方面或第五方面所述的空穴传输层。
[0025]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0026]本专利技术提供了一种油酸盐修饰的氧化镍纳米晶材料和制备方法及应用，本专利技术提供的油酸盐修饰的氧化镍纳米晶材料或通过本专利技术提供的制备方法制备的油酸盐修饰的氧化镍纳米晶材料，不容易发生团聚，具有更好的分散性与稳定性，制备方法简单环保；基于油酸盐修饰的氧化镍纳米晶空穴传输层，具有更好的致密性与覆盖性；基于油酸盐修饰的氧化镍纳米晶空穴传输层的钙钛矿太阳能电池，空穴传输层与宽带隙钙钛矿价带具备更好的能级匹配，和钙钛矿界面处的空穴传输势垒较小，开路电压明显提升，具备更好的电荷传输特性，钙钛矿电池的光电效率更高，分布更集中；本专利技术为基于氧化镍纳米晶空穴传输层的钙钛矿太阳能电池提供了一种有效的修饰策略。
附图说明
[0027]以下将结合附图和优选实施例来对本专利技术进行进一步详细描述，但是本领域技术人员将领会的是，这些附图仅是出于解释优选实施例的目的而绘制的，并且因此不应当作为对本专利技术范围的限制。此外，除非特别指出，附图仅示意在概念性地表示所描述对象的组成或构造并可能包含夸张性显示，并且附图也并非一定按比例绘制。
[0028]图1油酸钾修饰的氧化镍纳米晶(PO
‑
NiOx)材料制备方法的流程示意图；
[0029]图2未修饰的氧化镍纳米晶(NiOx)溶液与油酸钾修饰的氧化镍纳米晶(PO
‑
NiOx)溶液稳定性对比图；
[0030]图3未修饰的氧化镍纳米晶空穴传输层与油酸钾修饰的氧化镍纳米晶空穴传输层的扫描电子显微镜对比图；
[0031]图4未修饰的氧化镍纳米晶(NiOx)空穴传输层与油酸钾修饰的氧化镍纳米晶空穴传输层(PO
‑
NiOx)的紫外光电子能谱本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种油酸盐修饰的氧化镍纳米晶材料，其特征在于，包括：油酸盐和氧化镍纳米晶；所述油酸盐和所述氧化镍纳米晶的质量比为1：6000～18000。2.如权利要求1所述的油酸盐修饰的氧化镍纳米晶材料，其特征在于，所述油酸盐为油酸钾或油酸钠或油酸铵盐中的至少一种。3.一种油酸盐修饰的氧化镍纳米晶材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、制备油酸盐溶液：将油酸盐溶解于去离子水中，在加热条件下充分搅拌，油酸盐与去离子水的质量体积比为0.05～0.2mg/m1；S2、制备氧化镍溶液：将氧化镍纳米晶分散于去离子水中，在室温下充分搅拌，过滤，超声处理，氧化镍纳米晶与去离子水的质量体积比为15～30mg/ml；S3、制备油酸盐修饰的氧化镍纳米晶材料：将S1中制备的油酸盐溶液与S2中制备的氧化镍溶液按照1：80～120的体积比混合，在室温下充分搅拌，过滤。4.如权利要求3所述的油酸盐修饰的氧化镍纳米晶材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述加热条件为50～80摄氏度，充分搅拌时间为8～12小时，充分搅拌速度为500～1000rpm。5.如权利要求3所述的油酸盐修饰的氧化镍纳米晶材料的制备方法，其特征在于，步骤S2中，充分搅拌时间为8～12小时，充分搅拌速度为500～100...

【专利技术属性】
技术研发人员：王植平，李升，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：