本發明涉及一種半導體器件功能層制備方法,尤其涉及一種氧化鎳薄膜的制備方法,還涉及電池器件的制備方法。
背景技術:
1、作為第三代新型光伏技術的杰出代表,鈣鈦礦太陽能電池的效率經過短短十年的發展直逼晶硅電池,甚至目前已經超越晶硅電池效率。其電池通常由五個部分組成:透明導電電極(tco)、鈣鈦礦吸收層、電子傳輸層(etl)、空穴傳輸層(htl)和電極,其中空穴傳輸層在鈣鈦礦電池中作為連接光吸收層與電極的重要組成部分,承擔著至關重要的使命,性能直接影響著鈣鈦礦疊層電池的整體性能。
2、目前空穴傳輸層可分為無機與有機兩大類,常見的有機空穴傳輸材料有:小分子spiro-ometad(螺二芴)、dor3t-tbdt,聚合物p3ht(聚三己基噻吩)、pedot:pss(一種高分子聚合物的水溶液)、ptaa(聚三芳基胺)、低聚物等;常見的無機空穴傳輸層材料有:nio(氧化鎳)、cuscn(硫氰酸亞銅)、cui(碘化亞銅)、氧化石墨烯等。但是有機材料普遍存在價格昂貴、合成純化復雜、長期穩定性欠佳以及需要吸濕性摻雜劑來提升電導率等問題,這些因素嚴重制約了電池的商業化前景。與有機材料相比,無機空穴傳輸材料具有價格低廉、化學性質穩定、長期穩定性好等優點,因而被廣泛應用于反式器件中。其中,氧化鎳因較高的價帶位置、與鈣鈦礦材料的能級匹配度良好、能夠有效地促進載流子的提取與傳輸及各種層沉積技術的可用性而成為理想的空穴傳輸層材料。但niox通常是絕緣的,在大多數情況下,niox的導電性主要由本征鎳空穴的存在或ni3+的自摻雜效應所主導。自摻雜以及niox空穴傳輸層厚度的增加會增加鈣鈦礦器件的串聯電阻。而針對此難題磁控濺射法作為沉積技術被優先選擇,因為與其他制備方法相比,磁控濺射技術能精確通過控制濺射過程中的各項參數,如濺射功率、濺射時間、氣體流量等,從而能夠實現對薄膜厚度、成分和結構等薄膜的性能進行精準調控,制備出均勻、致密且高效率的氧化鎳薄膜,且磁控濺射法適合大面積生產,但磁控濺射法形成的niox薄膜存在親水性和導電性的問題,不利于鈣鈦礦前驅體的均勻分布,不利于界面穩定性,不利于提升器件性能。
技術實現思路
1、發明目的:本發明的目的是提供一種能夠提升鈣鈦礦電池器件性能的氧化鎳薄膜的制備方法,本發明的另一目的是提供一種鈣鈦礦電池器件制備方法。
2、技術方案:本發明所述的一種氧化鎳薄膜的制備方法,包括以下步驟:
3、(1)采用磁控濺射設備在透明導電基底的表面沉積niox薄膜;
4、(2)對niox薄膜進行退火,退火溫度為150~300℃,持續時間為30~90分鐘。
5、優選地,為了使填充因子≥72.5%或pce≥17.5%,在步驟(2)中,退火溫度為240~290℃,持續時間為35~85分鐘。
6、優選地,為了使填充因子≥74%或pce≥18%,在步驟(2)中,退火溫度為240~260℃,持續時間為40~70分鐘。
7、優選地,為了使填充因子≥75.5%或pce≥18.5%或niox接觸角小于45°,在步驟(2)中,退火溫度為240~260℃,持續時間為40~70分鐘。
8、優選地,為了使填充因子≥77%或pce≥19%,在步驟(2)中,退火持續時間為50~70分鐘。最優選地,退火溫度為245~250℃,退火持續時間為55~65分鐘。
9、優選地,在步驟(1)中,采用洗滌劑、異丙醇、無水乙醇超聲清洗透明導電基底,烘干,再采用臭氧清洗透明導電材料,臭氧清洗持續時間為15~30分鐘。
10、優選地,在步驟(1)中磁控濺射設備的沉積參數為:采用中頻電源,金屬鎳為靶材,濺射功率為240~260w,壓強為0.4~0.8pa,濺射氣體為氬氣和氧氣氣體,氧含量占比為30-50%。
11、本發明所述的一種鈣鈦礦電池器件的制備方法,在niox薄膜表面順序形成自組裝層、ch3nh3pbi3鈣鈦礦層、電子傳輸層、電極。
12、優選地,所述電子傳輸層包括c60層和bcp(二甲基-4,7-二苯基-1,10-菲啰啉,浴銅靈)層,所述c60層的厚度為10~20nm,bcp層的厚度為3~8nm。
13、優選地,所述透明導電材料為設于晶硅底電池上的界面導電層,所述晶硅底電池絨面尺寸<1μm。
14、有益效果:與現有技術相比,本發明具有如下有益效果:1、提升鈣鈦礦電池器件性能:niox薄膜經退火處理后,具有出色的導電性、理想的ni3+/ni2+比例、良好的結晶度和優異的界面性能,制得的鈣鈦礦電池器件電阻可以低于3.1ω·cm2,減少了寄生吸收、復合損失和電荷傳輸損失;2、包含該niox薄膜的電池器件的轉換效率(pce)不小于17%,最佳可以高于19%;3、簡化操作工藝:無需引入其他輔助試劑或者延長工藝路線,無需引入摻雜元素;4、能夠實現大面積鈦礦電池器件生產,有助于工業化;5、與晶硅電池串聯形成疊層電池,能夠提升電池轉化效率至≥29.05%。
1.一種氧化鎳薄膜的制備方法,其特征在于,包括以下步驟:
2.根據權利要求1所述的制備方法,其特征在于,在步驟(2)中,退火溫度為240~290℃,持續時間為35~85分鐘。
3.根據權利要求1所述的制備方法,其特征在于,在步驟(2)中,退火溫度為240~260℃,持續時間為40~70分鐘。
4.根據權利要求1所述的制備方法,其特征在于,在步驟(2)中,退火溫度為240~260℃,持續時間為40~70分鐘。
5.根據權利要求1所述的制備方法,其特征在于,在步驟(2)中,退火持續時間為50~70分鐘。
6.根據權利要求1至5任一所述的制備方法,其特征在于,在步驟(1)中,采用洗滌劑、異丙醇、無水乙醇超聲清洗透明導電基底,烘干,繼續采用臭氧清洗透明導電材料,臭氧清洗持續時間為15~30分鐘。
7.根據權利要求1至5任一所述的制備方法,其特征在于,在步驟(1)中,磁控濺射設備的沉積參數為:采用中頻電源,金屬鎳為靶材,濺射功率為240~260w,壓強為0.4~0.8pa,濺射氣體為氬氣和氧氣氣體,氧含量占比為30-50%。
8.一種電池器件的制備方法,其特征在于,在權利要求1所述氧化鎳薄膜的制備方法制得的niox薄膜表面順序形成自組裝層、ch3nh3pbi3鈣鈦礦層、電子傳輸層、電極。
9.根據權利要求8所述的制備方法,其特征在于,所述電子傳輸層包括c60層和bcp層,所述c60層的厚度為10~20nm,bcp層的厚度為3~8nm。
10.根據權利要求8所述的制備方法,其特征在于,所述透明導電材料為設于晶硅底電池上的界面導電層,所述晶硅底電池絨面尺寸<1μm。