一种n-i-p型钙钛矿太阳能电池的空穴传输层、钙钛矿太阳能电池及其制备方法、应用与流程

本发明属于钙钛矿太阳能电池，具体涉及一种n-i-p型钙钛矿太阳能电池的空穴传输层、钙钛矿太阳能电池及其制备方法、应用。背景技术：：：1、钙钛矿太阳能电池的最高光电转换效率已经达到26.10％，是最有希望取代硅基太阳能电池并实现广泛应用的太阳能电池之一，空穴传输层作为钙钛矿太阳能电池的基本组成部分，其对电池的性能起着至关重要的作用。2、对于正型(n-i-p型)钙钛矿太阳能电池，常用的空穴传输层材料为spiro-ometad，也有少部分电池采用ptvt-t4、ysh-of5、nipc6、p3ht等材料，这些材料拥有良好的能级匹配、较高的空穴迁移率、较低的制备温度以及较高的溶解度(以乙腈、氯苯等溶剂中)，实现了较好的性能，但也存在不足之处。3、现有n-i-p型钙钛矿太阳能电池常用空穴传输层材料存在以下不足之处：4、(1)价格昂贵，以spiro-ometad为例，市售价格为1000￥/1g，合成成本价也在500￥/1g左右，极大降低了钙钛矿太阳能电池的商业化利润；5、(2)通常使用乙腈、氯苯等为溶剂，溶剂价格昂贵的同时，均有毒性，在制备过程中的挥发易污染环境；6、(3)由于其有机材料的本质，以及对环境水氧成分的敏感，导致材料本身稳定性较差，严重限制了电池器件的使用寿命；7、(4)spiro-ometad在制备过程中需要氧化过程，造成了制备工艺的繁琐，同时氧化过程中水氧的不可控性，导致未完成的器件在复杂环境中暴露，此过程易导致器件性能及工作稳定性的降低。8、文献enhancing intermolecular interaction of spiro-ometad for stableperovskite solar cells with efficiencies over 24％报告了一种简单的策略，使基于spiro-ometad的钙钛矿太阳能电池的效率达到24％以上，同时大大提高了其运行稳定性。合成了三种具有不同核心单元的不同三(4-甲氧基苯基)胺偶联材料(tcm)，并将其添加到spiro-ometad空穴传输层(htl)中，从而增强了分子间相互作用。其存在的缺点在于，掺杂剂tcm与spiro-ometad的反应需要较高的反应能，因此需要较高的掺杂浓度，但过高的tcm掺杂浓度会降低空穴传输层的载流子迁移率。9、文献co2 doping of organic interlayers for perovskite solar cells报告了一种快速且可重复的掺杂方法，该方法在紫外光下用co2鼓泡溶液(spiro-ometad：litfsi)。co2从光激发的spiro-ometad获得电子，迅速促进其p型掺杂并导致碳酸盐沉淀。其存在的缺点在于，紫外光下用co2鼓泡溶液的制备方法难以实现稳定控制，尤其在大面积电池组件中难以实现应用。10、本发明为了解决上述技术问题，提出了一种基于分散溶剂分散氧化镍纳米粒子，并应用于n-i-p型钙钛矿太阳能电池的空穴传输层制备的方法；旨在解决spiro-ometad等空穴传输层材料价格昂贵，毒性溶剂，低稳定性，制备工艺复杂的技术问题。11、有鉴于此，本发明人提供一种n-i-p型钙钛矿太阳能电池的空穴传输层、钙钛矿太阳能电池及其制备方法、应用，以解决上述技术问题。技术实现思路1、本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提出一种n-i-p型钙钛矿太阳能电池的空穴传输层、钙钛矿太阳能电池及其制备方法、应用，通过将制备的氧化镍纳米粒子分散液旋涂在钝化层上得到空穴传输层，再基于该空穴传输层通过本发明的制备方法得到钙钛矿太阳能电池，保证制备的钙钛矿太阳能电池工作稳定性高、光电转化效率高。2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：3、一方面，一种n-i-p型钙钛矿太阳能电池的空穴传输层，所述n-i-p型钙钛矿太阳能电池包括空穴传输层和钝化层，且所述空穴传输层位于钝化层的上部，所述空穴传输层的材料包括氧化镍纳米粒子和分散溶剂，所述空穴传输层通过将纯化后的氧化镍纳米粒子分散在分散溶剂中、并旋涂在钝化层上制得；4、所述分散溶剂包括甲醇、乙醇、丙醇、正丁醇、正戊醇、异丁醇、异丙醇、异戊醇、乙腈、乙酸乙酯、氯仿和氯苯中的任一种。5、优选的，所述分散溶剂包括甲醇、乙醇、丙醇、正丁醇、正戊醇、异丁醇、异丙醇和异戊醇中的任一种。6、进一步地，所述纯化后的氧化镍纳米粒子与分散溶剂的比例为(30～60)mg:1ml。7、进一步地，所述空穴传输层的厚度为20nm～30nm。8、另一方面，一种n-i-p型钙钛矿太阳能电池，包括从下往上依次层叠设置的透明电极层、电子传输层、钙钛矿层、钝化层、空穴传输层及金属电极，所述空穴传输层为上述所述的空穴传输层。9、又一方面，本发明提供一种n-i-p型钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：10、步骤1、在预处理后的透明导电层上制备电子传输层；11、具体的，透明导电层为ito导电玻璃基板，所述预处理包括：用ito清洗剂、去离子水、乙醇与丙酮的混合液(两者体积比为1:1)、去离子水依次超声清洗ito导电玻璃基板，干燥后并用uv+臭氧处理5min～20min；12、步骤2、在所述电子传输层上制备钙钛矿层；13、步骤3、在所述钙钛矿层上制备钝化层；14、步骤4、在所述钝化层上制备空穴传输层；15、其中，所述空穴传输层是通过将纯化后的氧化镍纳米粒子分散在分散溶剂中、并旋涂在钝化层上制得。16、步骤5、在所述空穴传输层上制备金属电极，即制得n-i-p型钙钛矿太阳能电池。17、进一步地，所述步骤4包括如下过程：18、步骤4.1、纯化氧化镍纳米粒子：采用乙醚与异丙醇混合溶液超声清洗氧化镍纳米粒子3～5次，将清洗完成后的氧化镍纳米粒子在50℃～80℃下干燥1h～3h后得到纯化后的氧化镍纳米粒子；19、其中，乙醚与异丙醇的体积比为1:(1～2)；20、步骤4.2、制备氧化镍纳米粒子分散液：将纯化后的氧化镍纳米粒子分散在分散溶剂中，再利用超声分散20min～30min；21、具体的，所述分散溶剂包括甲醇、乙醇、丙醇、正丁醇、正戊醇、异丁醇、异丙醇、异戊醇、乙腈、乙酸乙酯、氯仿和氯苯中的任一种，所述纯化后的氧化镍纳米粒子与分散溶剂的比例为(30～60)mg:1ml；22、步骤4.3、通过旋涂工艺将所述氧化镍纳米粒子分散液旋涂在钝化层上，旋涂结束后，在100℃～200℃下进行4min～10min的退火处理，得到空穴传输层；23、其中，旋涂转速为1000rpm～4000rpm，旋涂时间为30s～50s。24、进一步地，所述空穴传输层厚度为20nm～30nm。25、进一步地，所述步骤1中制备电子传输层包括将200μl～400μl的浓度为45mg/ml～55mg/ml的电子传输层分散液旋涂在透明导电层上，旋涂结束后，在80℃～120℃下进行3min～10min的预退火处理，再在150℃～190℃下进行10min～40min的退火处理，得到电子传输层；26、其中，旋涂转速为2000rmp～5000rpm，旋涂时间为20s～50s。27、进一步地，所述电子传输层的厚度为20nm～30nm。28、可选的，本发明的电子传输层分散液为二氧化锡分散液，在一些其他应用中还可以选自二氧化钛、氧化锌、二氧化锆、氧化铝、富勒烯、pc61bm、pc71bm、bcp和金属卤化物中的任一种。29、进一步地，所述步骤2中制备钙钛矿层包括将钙钛矿前驱液旋涂在电子传输层的表面上，在旋涂结束前8s～20s加入反溶剂，旋涂结束后，在80℃～120℃下进行3min～10min的预退火处理，再在150℃～190℃下进行10min～40min的退火处理，得到钙钛矿层；30、其中，旋涂转速为2000rpm～6000rpm，旋涂时间为10s～100s；所述反溶剂包括甲苯、氯苯、乙酸乙酯中的至少一种。31、进一步地，所述钙钛矿层的厚度为500nm～1000nm。32、具体的，所述钙钛矿前驱液为apbx3，其中，a为cs+、甲基铵(ma+)或甲醚胺(fa+)；x为i-、br-、cl-、br-或f-。33、进一步地，所述步骤3中制备钝化层包括将钝化层分散液旋涂在钙钛矿层的表面上，旋涂转速为4000rpm～5000rpm，旋涂时间为20s～50s。34、具体的，所述钝化层分散液包括3-苯基-2-丙烯胺碘(ppai)、苯乙基溴化铵(peabr)、丙二胺溴、丁基氯化胺、丁基溴化胺、丁基碘化胺、n,n-二甲基-1,3-丙二胺盐酸盐、十二二胺溴、甲氧基苯乙基碘化胺(meopeai)、3,3-二苯基丙胺氢碘酸盐(ph2pai)、乙醇胺碘(eoai)、巯基乙胺氢碘酸盐(esai)、丁胺碘(bai)、异丁基碘化胺(ibai)、3-吡啶甲胺碘(3-pyai)、2-噻吩乙胺碘(2-theai)、胍基氢氯酸盐(gacl)、三氟乙胺碘(f3eai)、苯甲基氯化胺(pmacl)、苯甲基碘化胺(pmai)、4-甲基苯乙胺碘(p-mepeai)、苯乙基碘化胺(peai)、4-甲基苯乙胺碘(p-mepeai)、对氟苯甲胺碘(p-f-pmai)、4-叔丁基苯甲胺碘(tbbai)、4-叔丁基苯胺碘(tbpai)、二甲胺氢碘酸盐(dmai)、3-二甲氨基-1-丙胺碘(3me2pdai)、二乙胺碘(deai)、乙二胺碘(edadi)、丙二胺碘(pdadi)、丁二胺碘(bdadi)、戊二胺碘(ch2(ch2nh2i)2)、1,6-己二胺氢碘酸盐(hdadi)、1,2-环己二胺碘(cyhdadi)、1,8-辛二胺氢碘酸盐(odadi)、癸二胺碘(ddadi)、2,2'-(乙烯二氧)双乙胺氢碘酸盐(edbei2)、1,4-苯二胺氢碘酸盐(phdadi)、间苯二胺碘(mphdadi)、1,4-苯二甲胺碘(phdmadi)中的一种或多种。35、此外，本发明还公开n-i-p型钙钛矿太阳能电池的空穴传输层或者n-i-p型钙钛矿太阳能电池在光伏组件中的应用。36、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：37、1.本发明一种n-i-p型钙钛矿太阳能电池的空穴传输层，其纯化后的氧化镍纳米粒子与分散溶剂能够实现高浓度分散((30～60)mg/ml)，无需再次进行配体的接枝反应及辅助分散，即采用一步法实现在非极性溶剂中氧化镍纳米粒子的合成及高浓度分散，使得在制备n-i-p型钙钛矿太阳能电池的空穴传输层时，只需旋涂一次即可得到厚度(20nm～30nm)合适且符合器件标准的空穴传输层，解决了传统空穴传输层制备工艺繁琐、以及spiro-ometad等材料价格昂贵的问题，大大提高了空穴传输层的制备效率，并节省了成本，进一步该空穴传输层能够提高电子传输层的整体性及稳定性。38、2.本发明一种n-i-p型钙钛矿太阳能电池，该电池应用本发明的空穴传输层，使电池获得了良好的性能和应用效果，该空穴传输层是应用本发明制备的氧化镍纳米粒子分散液旋涂在钝化层上制得，其氧化镍纳米粒子分散液为高相纯度，能够克服水相体系的应用限制，而传统的氧化镍纳米粒子分散液包括去离子水，因此会破坏钙钛矿的结构，本发明n-i-p型钙钛矿太阳能电池克服了这个缺点。39、3.本发明一种n-i-p型钙钛矿太阳能电池的制备方法，该方法包括制备氧化镍纳米粒子分散液，该氧化镍纳米粒子分散液状态稳定不易变质，将氧化镍纳米粒子分散液旋涂于钝化层上，在成膜退火后得到的空穴传输层与钙钛矿层有良好的能级匹配，且对环境水氧不敏感，极大提升了钙钛矿太阳能电池器件的工作稳定性，克服了传统空穴传输层spiro-ometad等材料对环境水氧成分敏感的性质，从而导致材料本身稳定性较差的缺陷；该氧化镍纳米粒子分散液的溶质与溶剂皆为环境友好型材料，可实现环境友好型的钙钛矿太阳能电池器件，克服了传统空穴传输层spiro-ometad的溶质与溶剂(氯苯等)对环境有污染的不良影响。当前第1页12当前第1页12