一种用于光电器件的NiO半导体的制备方法

本发明属于半导体，具体涉及一种用于光电器件的nio半导体的制备方法。

背景技术：

1、新型太阳能电池， led等光电器件其光电效应的完成得益于电子和空穴载流子的有效传输。作为光电器件的重要组成部分，空穴传输层不仅起到高效提取空穴以避免严重载流子复合的作用，同时还对器件的长期稳定性有不可忽视的影响。常规空穴传输层材料可以分为有机和无机两大类。其中有机空穴传输材料应用最早且最广泛，如spiro-ometad和 pedot：pss，但这类材料制备工艺复杂、成本高，且稳定性差，严重制约其规模化应用。相比之下，无机p 型半导体材料不仅具有高空穴迁移率和导电性，稳定性优异且价格低廉，近年来备受关注。

2、nio 是一种p型半导体，属面心立方结构，其空间系为fm3m。nio 具有灵活可调的禁带宽度（3.6~4.0 ev），功函数高（约~5.4 ev），且透光性好、稳定性高，在光伏、发光等领域得到广泛关注，被认为是昂贵的有机空穴材料的有效替代者。

3、均匀致密的nio薄膜与光电器件的最终性能息息相关。目前报道的nio传输层的制备方法最普遍的是溶胶-凝胶法。即通过制备镍前驱体溶胶，利用旋涂、热处理工艺在基底表面形成厚度可控的nio薄膜。这种方法操作简单，合成颗粒尺寸也较为均一。但溶胶加热过程易在nio 纳米晶薄膜与功能层间产生介孔结构和界面缺陷，使得光电器件性能波动性大。此外，必要的高温处理工艺也在一定程度限制了其在柔性化制备方面的应用。

4、溅射法是通过高压电场将靶材表面原子溅射出来形成粒子流，并轰击基底以形成均匀致密的nio薄膜。这种方法制备的薄膜形貌可控性好且连续平整，有利于实现大规模生产。但这种技术对成本和设备要求较高。

5、大多光电器件的电子传输层能提供较高载流子迁移率和较小的电子注入势垒，电子和空穴注入不平衡导致器件效率的降低和界面缺陷的增加。因此提高nio空穴传输层（半导体）的导电性有利于提高光电器件效率。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题就是提供一种用于光电器件的nio半导体的制备方法，采用化学沉淀技术制备高结晶度的nio纳米颗粒，利用双氧水和冷冻干燥处理工艺，并过滤控制粒径大小，再分散溶剂中，获得稳定的极性和非极性nio胶体分散系，有利于在制备光电器件时采用简单的低温旋涂法获得高质量的nio半导体。

2、采用的技术方案为：

3、一种用于光电器件的nio半导体的制备方法，包括如下步骤：

4、（1）制备nio纳米颗粒：

5、将镍源溶于水，将沉淀剂逐滴加入到镍源的水溶液中并调节溶液ph值至碱性；

6、将所获沉淀离心洗涤并干燥后，置于马弗炉中，加热250~320℃，1~5小时，获得nio颗粒；

7、（2）nio颗粒的破碎处理：

8、将nio颗粒分散于去离子水中，滴加双氧水后进行超声处理，再用液氮冷冻处理，随后继续超声处理；

9、再用液氮冷冻处理，后超声处理，此过程反复4~5次，得到nio纳米颗粒；

10、（3）制备极性/非极性nio纳米颗粒分散系作光电器件的半导体：

11、将超声处理分散后的nio纳米颗粒通过过滤器离心分离，并干燥得到nio纳米颗粒；

12、将分离干燥的nio纳米颗粒分散在去离子水中即可得到极性nio纳米颗粒分散系，后旋涂于光电器件的无机层表面做半导体；

13、或，将分离干燥的nio纳米颗粒与改性的硅烷联偶剂溶液混合，搅拌、离心、干燥后，得到硅烷偶联剂改性nio纳米颗粒，将改性的nio纳米颗粒分散至非极性溶剂中，获得非极性nio纳米颗粒分散系，后旋涂于光电器件的有机层表面做半导体。

14、优选的，所述步骤（1）中，镍源为水合氯化镍、水合硝酸镍的任一种或混合；溶剂为水，沉淀剂为氢氧化钾、氢氧化钠的任一种。

15、优选的，调节溶液ph值为9~10；马弗炉加热的温度为260~280℃，加热时间为2~3小时。

16、优选的，所述步骤（2）中，nio颗粒分散于去离子水形成的浓度为30 mg/ml；滴加双氧水使双氧水的浓度为0.05~0.2 mmol/ml；超声处理的功率为100~120 w。

17、优选的，超声处理总时长为6~8小时。

18、优选的，所述步骤（3）中，超声处理后的nio纳米颗粒通过0.25 mm过滤器进行离心分离；干燥温度为50~60℃。

19、优选的，硅烷偶联剂选用乙烯基或环氧基硅烷。

20、优选的，改性的硅烷偶联剂溶液的制备方法为：搅拌条件下将硅烷偶联剂加入到体积比为2/1的去离子水和乙醇混合溶剂中，使硅烷偶联剂的质量浓度为10%，加入冰醋酸调节ph值为3~5，获得改性的硅烷偶联剂溶液。

21、优选的，硅烷偶联剂与nio的质量比为1~2：100。

22、优选的，搅拌时间为2~3 h；非极性溶剂为氯苯、甲苯或氯仿的任一种。

23、优选的，旋涂的方式为，以2000 rpm 的转速在光电器件基底上旋涂20~30 s，然后在 120~150℃下热退火10~15 min， 从而得到nio半导体（传输层）。

24、本发明方法的关键是尺度均一、高结晶度的nio纳米颗粒和稳定分散系的制备。如果nio纳米颗粒分散性较差，低温旋涂制备的薄膜表面粗糙且存在孔洞，难以获得高光电效率的器件。

25、nio半导体的导电性与ni空位的形成和浓度相关，当部分二价镍被氧化成三价镍，导电载流子浓度增加，导电性提高。

26、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

27、本发明的制备方法，利用双氧水和冷冻干燥处理工艺，通过简单的化学沉淀技术获得均一、高结晶度的nio纳米颗粒。双氧水能够改善nio表面电位分布，提高纳米颗粒的稳定性，减小团聚，同时提高nio纳米颗粒中ni3+的含量，提高nio半导体的电导率。通过反复冷冻和超声处理工艺，保证超声处理总时长达6~8小时，抑制颗粒团聚，提高分散性。

28、通过本发明的制备方法获得的nio纳米颗粒，并分散极性/非极性溶剂中，可获得稳定的极性/非极性nio胶体分散系，有利于在制备光电器件时采用简单的颗粒旋涂法获得高质量的nio空穴传输层（半导体）结构。

技术特征：

1.一种用于光电器件的nio半导体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种用于光电器件的nio半导体的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中，镍源为水合氯化镍、水合硝酸镍的任一种或混合；溶剂为水，沉淀剂为氢氧化钾、氢氧化钠的任一种。

3.根据权利要求2所述的一种用于光电器件的nio半导体的制备方法，其特征在于，调节溶液ph值为9~10；马弗炉加热的温度为260~280℃，加热时间为2~3小时。

4.根据权利要求1所述的一种用于光电器件的nio半导体的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中，nio颗粒分散于去离子水形成的浓度为30 mg/ml；滴加双氧水使双氧水的浓度为0.05~0.2 mmol/ml；超声处理的功率为100~120 w。

5.根据权利要求4所述的一种用于光电器件的nio半导体的制备方法，其特征在于，超声处理总时长为6~8小时。

6.根据权利要求1所述的一种用于光电器件的nio半导体的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中，超声处理后的nio纳米颗粒通过0.25 mm过滤器进行离心分离；干燥温度为50~60℃。

7.根据权利要求6所述的一种用于光电器件的nio半导体的制备方法，其特征在于，硅烷偶联剂选用乙烯基或环氧基硅烷。

8.根据权利要求6所述的一种用于光电器件的nio半导体的制备方法，其特征在于，改性的硅烷偶联剂溶液的制备方法为：搅拌条件下将硅烷偶联剂加入到体积比为2/1的去离子水和乙醇混合溶剂中，使硅烷偶联剂的质量浓度为10%，加入冰醋酸调节ph值为3~5，获得改性的硅烷偶联剂溶液；其中，硅烷偶联剂与nio的质量比为1~2：100。

9.根据权利要求6所述的一种用于光电器件的nio半导体的制备方法，其特征在于，搅拌时间为2~3 h；非极性溶剂为氯苯、甲苯或氯仿的任一种。

10.根据权利要求6所述的一种用于光电器件的nio半导体的制备方法，其特征在于，旋涂的方式为，以2000 rpm 的转速在光电器件基底上旋涂20~30 s，然后在 120~150℃下热退火10~15 min，从而得到nio半导体。

技术总结本发明属于半导体技术领域，具体涉及一种用于光电器件的NiO半导体的制备方法。本发明的制备方法，采用化学沉淀技术制备均一、高结晶度的NiO纳米颗粒，利用双氧水和冷冻干燥处理工艺，并过滤控制粒径大小，再分散到溶剂中，获得稳定的极性和非极性NiO胶体分散系，有利于在制备光电器件时采用简单的低温旋涂法获得高质量的NiO半导体。双氧水能够改善NiO表面电位分布，提高纳米颗粒的稳定性，减小团聚，同时提高NiO纳米颗粒中Ni<supgt;3+</supgt;的含量，提高NiO半导体的电导率。通过反复冷冻和超声处理工艺，保证超声处理总时长达6~8小时，减少颗粒团聚，提高NiO纳米分散系的稳定性。技术研发人员：张伟伟,段书麟,王雯,丁建旭受保护的技术使用者：山东科技大学技术研发日：技术公布日：2024/7/25