本發(fā)明涉及鈣鈦礦光伏電池，具體而言，涉及氧化鎳膜層及其制備方法、鈣鈦礦膜層及其制備方法和鈣鈦礦光伏電池。

背景技術(shù)：

1、鈣鈦礦光伏電池制備技術(shù)中，當前一般采用反式p-i-n結(jié)構(gòu)，p型空穴傳輸層采用氧化鎳(niox)材料，價格便宜，具有良好的化學穩(wěn)定性。

2、但在實際應用過程中，氧化鎳膜層與鈣鈦礦的界面層缺陷會作為復合中心導致空穴載流子與電子的復合，降低電池的輸出電壓與輸出電流；界面層中高價(ni4+)鎳離子以及表面缺陷也會對鈣鈦礦產(chǎn)生催化分解作用。同時，氧化鎳膜層由于其疏水性，與鈣鈦礦的接觸面結(jié)合能低，導致在氧化鎳膜層上制備的鈣鈦礦層晶粒尺寸小，會進一步降低電池輸出電壓與輸出電流。

3、鑒于此，特提出本發(fā)明。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供氧化鎳膜層及其制備方法、鈣鈦礦膜層及其制備方法和鈣鈦礦光伏電池，有利于提高鈣鈦礦光伏電池的效率。

2、本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的：

3、第一方面，本發(fā)明提供一種氧化鎳膜層的制備方法，包括：采用沉積工藝得到氧化鎳膜層，對氧化鎳層進行等離子體表面處理，得到氧化鎳膜層；所述等離子體表面處理的工藝氣體包括惰性氣體和還原性氣體。

4、在可選的實施方式中，所述工藝氣體中還原性氣體的體積分數(shù)為0.1％～5％；

5、和/或，所述還原性氣體包括氫氣、甲烷和不飽和烴中的至少一種；

6、和/或，所述惰性氣體包括ne、ar和ke中的至少一種。

7、在可選的實施方式中，所述等離子體表面處理的溫度為15℃～400℃，時間為10s～10min，功率為0.5kw～5kw，工藝氣體的氣壓為0.2pa～20pa；

8、優(yōu)選地，所述等離子體表面處理的溫度為150℃～200℃，時間為1min-4min，功率為1.8kw～4kw，工藝氣體的氣壓為0.2pa～1pa。

9、或，所述蒸發(fā)鍍膜的參數(shù)包括：鍍膜速率為加熱功率500w-10kw；優(yōu)選地，鍍膜速率為加熱功率為3kw～5kw。

10、在可選的實施方式中，所述氧化鎳層采用真空鍍膜、蒸發(fā)鍍膜、離子鍍膜或濺射鍍膜的方式沉積制備得到。

11、在可選的實施方式中，所述濺射鍍膜的參數(shù)包括：鍍膜溫度為15℃～400℃，鍍膜速率為鍍膜功率為300w～20kw，工作氣體包括惰性氣體和氧氣，工作氣體中氧氣的體積分數(shù)小于20％，鍍膜氣壓為0.05pa～5pa，靶材為niox靶材或摻雜的niox靶材；

12、優(yōu)選地，所述濺射鍍膜的參數(shù)包括：鍍膜溫度為150℃～200℃，鍍膜速率為鍍膜功率為3kw～5kw，工作氣體中氧氣的體積分數(shù)為0.5％～2％，鍍膜氣壓為0.3pa～1pa，靶材為niox靶材或摻雜的niox靶材。

13、第二方面，本發(fā)明提供一種由前述實施方式任意一項所述方法制備得到的氧化鎳膜層，包括位于所述氧化鎳膜層表面的過渡層；且沿靠近所述氧化鎳膜層表面的方向，所述過渡層中4+價態(tài)的鎳離子含量逐漸降低；

14、和/或，所述氧化鎳膜層與鈣鈦礦前驅(qū)體的水溶液的接觸角小于30°。

15、第三方面，本發(fā)明提供一種鈣鈦礦膜層的制備方法，包括將鈣鈦礦前驅(qū)體溶液鋪展在前述實施方式所述的氧化鎳膜層表面，然后進行退火，得到鈣鈦礦膜層。

16、在可選的實施方式中，所述鈣鈦礦膜層結(jié)構(gòu)為abx3，其中，a為一價陽離子，b為二價陽離子，x為鹵素陰離子；優(yōu)選地，a選自甲胺基團、甲脒基團和銫離子中的至少一種，b選自pb2+和sn2+中的至少一種，x選自i-和br-中的至少一種。

17、第四方面，本發(fā)明提供一種由前述實施方式任意一項所述方法制備得到的鈣鈦礦膜層，鈣鈦礦平均晶粒尺寸大于250nm。

18、第五方面，本發(fā)明提供一種鈣鈦礦光伏電池，包括依次設(shè)置的襯底、tco透明電極、前述實施方式所述的氧化鎳膜層、前述實施方式所述的鈣鈦礦膜層、電子傳輸層和電極層。

19、在可選的實施方式中，所述襯底包括玻璃、pet、pi和pen中的至少一種；

20、和/或，所述tco透明電極包括ito或fto；

21、和/或，所述電子傳輸層中包括c60、pcbm、氧化錫、二氧化鈦中的至少一種；

22、和/或，所述電極層包括金、銀、銅、銅基合金、ito、fto中的至少一種。

23、在可選的實施方式中，所述tco透明電極厚度為50nm～500nm；

24、和/或，所述氧化鎳膜層厚度為5nm～100nm；

25、和/或，所述鈣鈦礦膜層厚度10nm～1000nm；

26、和/或，所述電子傳輸層厚度5nm～100nm；

27、和/或，所述電極層厚度50nm～1000nm。

28、本發(fā)明具有以下有益效果：

29、等離子體表面處理時選擇惰性氣體和還原性氣體的混合氣體作為工藝氣體，一方面有利于提高氧化鎳表面層的表面能，提高氧化鎳、鈣鈦礦膜層的結(jié)合能，降低氧化鎳的疏水性和與鈣鈦礦的接觸角，另一方面促使氧化鎳表面粒子重結(jié)晶，晶粒尺寸變大；兩方面的因素，引導鈣鈦礦膜層生長時晶粒尺寸的提升，有利于提高鈣鈦礦電池的開路電壓，提升電池效率，提高壽命。

30、對氧化鎳層進行等離子表面處理，可以在氧化鎳層形成后，不經(jīng)過其他處理，直接利用氧化鎳層的鍍膜設(shè)備進行等離子表面處理，有利于在保證效率提升效果的同時，簡化工藝流程，更易于產(chǎn)業(yè)化和大規(guī)模應用。

技術(shù)特征：

1.一種氧化鎳膜層的制備方法，其特征在于，包括：采用沉積工藝得到氧化鎳膜層，對氧化鎳層進行等離子體表面處理，得到氧化鎳膜層；所述等離子體表面處理的工藝氣體包括惰性氣體和還原性氣體。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化鎳膜層的制備方法，其特征在于，所述工藝氣體中還原性氣體的體積分數(shù)為0.1％～5％；優(yōu)選地為0.5％～2％；

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化鎳膜層的制備方法，其特征在于，所述等離子體表面處理的溫度為15℃～400℃，時間為10s～10min，功率為0.5kw～5kw，工藝氣體的氣壓為0.2pa～20pa；

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化鎳膜層的制備方法，其特征在于，所述氧化鎳層采用真空鍍膜、蒸發(fā)鍍膜、離子鍍膜或濺射鍍膜的方式沉積制備得到。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的氧化鎳膜層的制備方法，其特征在于，所述濺射鍍膜的參數(shù)包括：鍍膜溫度為15℃～400℃，鍍膜速率為鍍膜功率為300w～20kw，工作氣體包括惰性氣體和氧氣，工作氣體中氧氣的體積分數(shù)小于20％，鍍膜氣壓為0.05pa～5pa，靶材為niox靶材或摻雜的niox靶材；優(yōu)選地，所述濺射鍍膜的參數(shù)包括：鍍膜溫度為150℃～200℃，鍍膜速率為鍍膜功率為3kw～5kw，工作氣體中氧氣的體積分數(shù)為0.5％～2％，鍍膜氣壓為0.3pa～1pa，靶材為niox靶材或摻雜的niox靶材；

6.一種權(quán)利要求1-5任意一項所述方法制備得到的氧化鎳膜層，其特征在于，包括位于所述氧化鎳膜層表面的過渡層；且沿靠近所述氧化鎳膜層表面的方向，所述過渡層中4+價態(tài)的鎳離子含量逐漸降低；

7.一種鈣鈦礦膜層的制備方法，其特征在于，包括將鈣鈦礦前驅(qū)體溶液鋪展在權(quán)利要求6所述的氧化鎳膜層表面，然后進行退火，得到鈣鈦礦膜層。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的鈣鈦礦膜層的制備方法，其特征在于，所述鈣鈦礦膜層結(jié)構(gòu)為abx3，其中，a為一價陽離子，b為二價陽離子，x為鹵素陰離子；優(yōu)選地，a選自甲胺基團、甲脒基團和銫離子中的至少一種，b選自pb2+和sn2+中的至少一種，x選自i-和br-中的至少一種。

9.一種權(quán)利要求7或8所述方法制備得到的鈣鈦礦膜層，其特征在于，鈣鈦礦平均晶粒尺寸大于250nm。

10.一種鈣鈦礦光伏電池，其特征在于，包括依次設(shè)置的襯底、tco透明電極、權(quán)利要求6所述的氧化鎳膜層、權(quán)利要求9所述的鈣鈦礦膜層、電子傳輸層和電極層。

11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的鈣鈦礦光伏電池，其特征在于，所述襯底包括玻璃、pet、pi和pen中的至少一種；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了氧化鎳膜層及其制備方法、鈣鈦礦膜層及其制備方法和鈣鈦礦光伏電池，氧化鎳膜層的制備方法包括：對氧化鎳層進行等離子體表面處理，得到氧化鎳膜層；所述等離子體表面處理的工藝氣體包括惰性氣體和還原性氣體。等離子體表面處理時選擇惰性氣體和還原性氣體的混合氣體作為工藝氣體，有利于引導鈣鈦礦膜層生長時晶粒尺寸提升，有利于提高鈣鈦礦電池的開路電壓、短路電流和效率，同時能夠提高壽命。

技術(shù)研發(fā)人員：張鶴,陳少煒
受保護的技術(shù)使用者：江蘇微導納米科技股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6