[发明专利]空穴传输层材料、钙钛矿太阳能电池及制备方法和应用

说明书

本申请实施例提供一种空穴传输层材料、钙钛矿太阳能电池及制备方法和应用，涉及太阳能电池领域。空穴传输层材料包括镍氧化物NiO_n或掺杂镍氧化物M:NiO_n；镍氧化物或掺杂镍氧化物中含有Ni²⁺和Ni³⁺，且Ni²⁺与Ni³⁺的摩尔比为0.5:1～5:1，掺杂元素M选自Ag、Co、Li、Cs、Cu、Cu、Mg、Zn、Sr、Y、La、Nb中的至少一种。空穴传输层材料中，适当比例的Ni³⁺可有效提高空穴传输层材料的导电性，且不影响空穴传输层材料的透光性。另外，掺杂特定种类元素后，可进一步提高空穴传输层材料的导电性，从而提高钙钛矿太阳能电池的光电转化效率。

技术领域

本申请涉及太阳能电池领域，具体而言，涉及一种空穴传输层材料、钙钛矿太阳能电池及制备方法和应用。

背景技术

卤化物钙钛矿材料由于具有优异的光电性能，能制备太阳能电池。卤化物钙钛矿材料的结构可表示为ABX₃的形式，其中A为一价的阳离子(主要为甲胺离子MA⁺、甲脒离子FA⁺、Cs⁺、Rb⁺等)，B为二价金属阳离子(主要为Pb²⁺、Sn²⁺等)，X为一价的阴离子(主要为I-、Br-、Cl-)。钙钛矿太阳能电池由于具有吸光系数高、扩散长度长、缺陷容忍度高、带隙可调、成本低廉等优势，自2009年被提出以来，效率经历了迅猛的发展，目前钙钛矿太阳能电池的最高效率已达到25.7％，能够与已产业化的晶硅太阳能电池相媲美。

钙钛矿太阳能电池结构中，空穴传输层是重要的组成部分，具有传输空穴并阻隔电子的作用，能保证钙钛矿太阳能电池具有较高的效率。目前普遍采用的空穴传输层材料主要为有机材料，如sprio-OMeTAD、PEDOT:PSS、PTAA等，但这些有机空穴传输层材料通常制作工艺复杂、成本昂贵，同时热稳定性差，不利于大规模产业化推广。相比于有机材料，无机p型材料氧化镍具有能带匹配、带隙宽、稳定性高、成本低等优势，是一种极具潜力的空穴传输层材料。但无机p型材料相比有机空穴传输层材料，其导电性仍然相对偏低。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种空穴传输层材料、钙钛矿太阳能电池的制备方法和应用，该空穴传输层材料不仅具有良好的导电性，而且稳定性高、成本较低，能制备高效率的钙钛矿太阳能电池。

第一方面，本申请实施例提供了一种空穴传输层材料，其包括镍氧化物NiO_n或掺杂镍氧化物M：NiO_n；镍氧化物或掺杂镍氧化物中含有Ni²⁺和Ni³⁺，且Ni²⁺与Ni³⁺的摩尔比为0.5:1～5:1，掺杂元素M选自Ag、Co、Li、Cs、Cu、Cu、Mg、Zn、Sr、Y、La、Nb中的至少一种。

在上述技术方案中，Ni²⁺可保证空穴传输层材料具有良好的透光性，适当比例的Ni³⁺可有效提高空穴传输层材料的导电性，且不影响空穴传输层材料的透光性，镍氧化物或掺杂镍氧化物中Ni²⁺和Ni³⁺的比例为0.5:1～5:1，既能保证空穴传输层材料既具有良好的透光性，又具有良好的导电性。另外，掺杂特定种类元素M后，可进一步提高空穴传输层材料的导电性，从而提高钙钛矿太阳能电池的光电转化效率。

在一种可能的实现方式中，掺杂镍氧化物中M和Ni的总量中M的摩尔百分数为0％～20％。

在上述技术方案中，当M/(M+Ni)的摩尔百分数为0％时，即代表空穴传输层材料中不含有掺杂元素M，此时的空穴传输层材料仍然具有良好的导电性和透光性。